04 Hoa hoc 2 DHCN HN.pdf

Natri

Nhôm

Brom

HÓA VÔ CƠ

http://hhud.tvu.edu.vn

HÓA HỌC VÔ CƠ (Inorganic chemistry)

1. Mã số học phần : 2. Số đơn vị học trình: 1 3. Trình độ thuộc khối kiến thức: Cơ sở ngành. 4. Phân bố thời gian: lý thuyết 75%, thảo luận và

kiểm tra 25%. 5. Điều kiện tiên quyết: Đã học xong môn Hóa học

đại cương và thực hành hóa đại cương. 6. Mô tả vắn tắt môn học: Nội dung bao gồm các

định luật cơ bản của hóa vô cơ, tính chất các đơn chất và hợp chất của các nguyên tô trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học.


7. Nhiệm vụ của sinh viên: Tham dự học và thảo luận đầy đủ.Kiểm tra và thi môn học theo quy định, quy chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT.

8. Tài liệu học tập: Nguyễn Đình Soa – Hoá vô cơ – NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2005.

9. Tài liệu tham khảo: [1]. Acmetop- Hóa học Vô cơ tập 1,2- NXB ĐH và THCN

1978. [2]. F. Cotton- G. Wilkinson- Hóa học Vô cơ T1,2,3-NXB

ĐH và THCN 1984. [3]. Hoàng Nhâm- Hóa học Vô cơ T1,2,3- NXBGD-1994. [4]. N.L. Glinka- Hóa học đại cương-NXB ĐH và THCN

1985.


10. Thang điểm: 10/10

11. Mục tiêu môn học: Sinh viên phải hiểu và nắm vững về tính chất của đơn chất và hợp chất của các nguyên tô trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

12. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:Tham dự lớp học đầy đủ, kiểm tra và thi hết môn học theo quy chế của trường.


CHƯƠNG TRÌNH HÓA VÔ CƠ

Chương 1: Một số kiến thức mở đầu

Chương 2: Hidro và những nguyên tố nhóm I

Chương 3: Nhóm II trong bảng hệ thống tuần hoàn

Chương 4: Nhóm III trong bảng hệ thống tuần hoàn

Chương 5: Nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn

Chương 6: Nhóm V trong bảng hệ thống tuần hoàn

Chương 7: Nhóm VI trong bảng hệ thống tuần hoàn

Chương 8: Nhóm VII trong bảng hệ thống tuần hoàn

Chương 9: Nhóm VIII trong bảng hệ thống tuần hoàn http://hhud.tvu.edu.vn


1.1 Các khái niệm cơ bản

1.2 Các tính chất đặc trưng cho nguyên tử các nguyên tố

1.3 Các tính chất đặc trưng cho phân tử

1.4 Khái quát về định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học


Chương 2: Hidro và các nguyên tố nhóm I

2.1 Hidro và hợp chất của nó

2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA

2.3 Các nguyên tố phân nhóm IB


Chương 3: Nhóm II trong bảng hệ thống tuần hoàn

3.1 Các nguyên tố phân nhóm IIA

3.2 Các nguyên tố phân nhóm IIB


Chương 4: Nhóm III trong bảng hệ thống tuần hoàn

4.1 Các nguyên tố phân nhóm IIIA

4.2 Các nguyên tố phân nhóm IIIB


Chương 5: Nhóm IV trong bảng hệ thống tuần hoàn

5.1 Các nguyên tố phân nhóm IVA

5.2 Các nguyên tố phân nhóm IVB


Chương 6: Nhóm V trong bảng hệ thống tuần hoàn

6.1 Các nguyên tố phân nhóm VA

6.2 Các nguyên tố phân nhóm VB


Chương 7: Nhóm VI trong bảng hệ thống tuần hoàn

7.1 Các nguyên tố phân nhóm VIA

7.2 Các nguyên tố phân nhóm VIB


Chương 8: Nhóm VII trong bảng hệ thống tuần hoàn

8.1 Các nguyên tố phân nhóm VIIA

8.2 Các nguyên tố phân nhóm VIIB


Chương 9: Nhóm VIII trong bảng hệ thống tuần hoàn

9.1 Các nguyên tố phân nhóm VIIIA

9.2 Các nguyên tố phân nhóm VIIIB


HOÁ HỮU CƠ (organic chemistry) 1. Mã số học phần : 2. Số đơn vị học trình: 1 3. Trình độ thuộc khối kiến thức: Cơ sở ngành. 4. Phân bố thời gian: lý thuyết 75%, thảo luận và

kiểm tra 25%. 5. Điều kiện tiên quyết: Đã học xong môn Hóa học

đại cương 6. Mô tả vắn tắt môn học: Nội dung bao gồm Chương 1 Đại cương Chương 2 Hydrocacbon Chương 3 Dẫn xuất của hydrocacbon


7. Nhiệm vụ của sinh viên: Tham dự học và thảo luận đầy đủ.Kiểm tra và thi môn học theo quy định, quy chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT.

8. Tài liệu học tập: Đặng Như Tại- Trần Quốc Sơn: Hoá học hữu cơ – NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004.

9. Tài liệu tham khảo:


10. Thang điểm: 10/10

11. Mục tiêu môn học: Sinh viên phải hiểu và nắm vững về cấu trúc, điều chế và tính chất của các hơph chất hydrocabon và dẫn xuất

12. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:Tham dự lớp học đầy đủ, kiểm tra và thi hết môn học theo quy chế của trường.





Chất: Đồng nhất và có thành phần xác định Nguyên tử: Hạt nhỏ nhất của nguyên tố không

thể chia nhỏ hơn được nữa. Electron: điện tích = -q0, khối lượng = 9,11.10-

31kg

Hạt nhân: proton, notron Nguyên tố hoá học: tập hợp các đồng vị có cùng

điện tích hạt nhân Phân tử: hạt nhỏ nhất của một chất có đầy đủ

tính chất hóa học của chất đó http://hhud.tvu.edu.vn

Khối lượng nguyên tử: là khối lượng trung bình nguyên tử của nguyên tố đó tính bằng đơn vị khối lượng nguyên tử

Khối lượng phân tử: là khối lượng của một phân tử tính bằng đơn vị khối lượng nguyên tử và bằng tổng khối lượng các nguyên tử trong phân tử.

Nguyên tử gam: là lượng của một nguyên tố tính bằng gam có giá trị về số bằng khối lượng nguyên tử của nguyên tố đó

Phân tử gam: là lượng chất được tính bằng gam có giá trị về số bằng khối lượng phân tử của chất đó



Số Avogadro: 6,023.1023; là số hạt vi mô có trong một mol hạt đó

Hoá trị: là số liên kết hoá học của một nguyên tử tạo nên trong phân tử

Phản ứng hoá học: quá trình biến đổi chất này thành chất khác có thành phần và cấu tạo khác với chất ban đầu




Cấu hình electron: Giản đồ mức năng lượng:

Chu kyø 1 1s

Chu kyø 2 2s 2p Chu kyø 3 3s 3p 3d Chu kyø 4 4s 4p 4d 4f Chu kyø 5 5s 5p 5d 5f Chu kyø 6 6s 6p 6d 6f Chu kyø 7 7s 7p 7d 7f


Năng lượng ion hoá: năng lượng tối thiểu cần để tách 1e khỏi nguyên tử ở dạng khí thành ion

Ái lực electron: năng lượng của quá trình nguyên tử ở dạng khí kết hợp một e tạo thành ion âm

Độ âm điện: là khả năng hút electron nguyên tử trong phân tử




Liên kết hoá học: Liên kết ion: Ví dụ: NaCl


Mômen lưỡng cực Năng lượng: Sinh nhiệt Thiêu nhiệt

Liên kết cộng hoá trị:

H2, Cl2:

HCl:



1.4 Khái quát về định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học

Định luật tuần hoàn của Mendeleev:

Tính chất của các đơn chất, thành phần và tính chất các hợp chất của các nguyên tố hoá học biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử


Bảng HTTH KL kiềm

KL kiềm thổ

KL chuyển tiếp

Halogen

Khí trơ

Lanthanides và Actinides

Nhóm chính

Nhóm chính http://hhud.tvu.edu.vn

Cấu trúc bảng HTTH

Ô: Mỗi nguyên tố chiếm một ô Số thứ tự của ô là số thứ tự của nguyên tố

Titanium 22 Ti

47.88

4.5

16700

32890

3.4

A1/B1

[Ar]3d14s1

1.54

Hcp

6.82

Số hiệu nguyên tử Kí hiệu

Tên

Độ axit/baz

Cấu hình electron

Độ âm điện

Cấu trúc tinh thể

Thế ion hoá thứ nhất

Khối lượng nguyên tử

Khối lượng riêng (g/cm2)

Nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ sôi

Trạng thái oxy hoa http://hhud.tvu.edu.vn

Nhóm: Các cột trong bảng HTTH

Gồm các nguyên tố có cùng hoá trị dương cao cao nhất với oxy và bằng số thứ tự của nhóm ( có trường hợp ngoại lệ)

Các nguyên tố cùng nhóm có tính chất lý tính hoặc hoá tính giống nhau nhiều hay ít

Nhóm: Phân nhóm chính và phân nhóm phụ



Phân nhóm: Gồm những nguyên tố có cùng hoá trị

dương cao nhất và có tính chất hoá học giống nhau

Các nguyên tố được xếp thành một cột Phân nhóm chính dài hơn, các nguyên tố

trong phân nhóm chính có tính chất giống nhau. Có 8 phân nhóm chính

Phân nhóm phụ ngắn hơn, đều nằm trong chu kỳ IV. Các nguyên tố trong phân nhóm phụ đều là kim loại. Có 10 phân nhóm phụ



Nhóm 1

Riêng nhóm VIII có 3 phân nhóm phụ

Phân nhóm phụ của nhóm III là phân nhóm đặc biệt: Sau hai nguyên tố Lantan (chu kỳ VI) và Actini (chu kỳ VII) có hai dãy nguyên tố có tính chất rất giống nhau được gọi là dãy Lântanit và Actinit; cứ mỗi nguyên tố Lantanit và một nguyên tố Actinit tạo thành một phân nhóm phụ thứ cấp



Chu kỳ: Dãy các nguyên tố mà nguyên tử của

chúng có cùng số lớp electron và được xếp theo chiều tăng của điện tích hạt nhân

Số thứ tự của chu kỳ bằng số lớp electron

Chu kỳ IV



Chu kỳ I: có 2 nguyên tố H và He gọi là chu kỳ đặc biệt. Có một lớp electron

Chu kỳ II: gồm 8 nguyên tố từ Li đến Ne. Có 2 lớp electron. Điện tích hạt nhân tăng dần từ Li (+3) đến Ne (+10)

Chu kỳ II, III: mỗi chu kỳ gồm 8 nguyên tố gọi là chu kỳ ngắn

Chu kỳ IV, V: mỗi chi kỳ có 18 nguyên tố gọi là chu kỳ dài

Chu kỳ VI, VII: mỗi chu kỳ có 32 nguyên tố, riêng chu kỳ VII gọi là chu kỳ dở dang vì mới được biết 24 nguyên tố



Các chu kỳ IV, V, VI có thêm 10 nguyên tố và chu kỳ VII có 5 nguyên tố có electron điền vào phân lớp d. Đó là nguyên tố chuyển tiếp họ d. Toàn bộ chúng đều là kim loại

Chu kỳ VI và chu kỳ VII, mỗi chu kỳ có một họ 14 nguyên tố có electron điền vào phân lớp f. Đó là những nguyên tố chuyển tiếp họ f

Trong một chu kỳ: từ trái qua phải, tính kim loại giảm, tính phi kim tăng

Sự biến đổi cũng thể hiện ngay hợp chất của nó



Cấu hình electron của các nguyên tố

Tính chất tuần hoàn của các nguyên tố có được là do sự điền electron một cách tuần hoàn vào lớp vỏ e của chúng, được gọi là orbital nguyên tử

Có 4 phân lớp orbital: s, p, d, f Năng lượng của các orbital được xếp theo

thứ tự: 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<5d<4f<6p

Hai nguyên tố đầu chu kỳ bao giờ cũng có electron điền vào phân lớp ns đó là những nguyên tố họ s http://hhud.tvu.edu.vn

Sáu nguyên tố cuối chu kỳ bao giờ cũng có electron điền vào phân lớp np, đó là những nguyên tố họ p

Các nguyên tố họ s, p có thể là phi kim hay kim loại

Các nguyên tố thuộc họ s, p đều nằm ở phân nhóm chính.

Các nguyên tố họ d nằm ở phân nhóm phụ

Cấu hình electron của các nguyên tố


Nhận xét:

Trong một chu kỳ: từ trái qua phải: Tính oxy hoá tăng Tính khử giảm

Trong phân nhóm chính: từ trên xuống dưới: Số lớp electron tăng Điện tích hạt nhân tăng Bán kính nguyên tử tăng Lực hút của hạt nhân với e giảm Tính oxy hoá giảm Tính khử tăng


Trong phân nhóm phụ: các nguyên tử có tính khử, tính khử của nguyên tố trên lớn hơn nguyên tố dưới do bán kính của chúng biến đổi không đều đặn. Từ nguyên tố thứ hai đến nguyên tố thứ 3 có bán kính gần như không tăng hoặc giảm nên khả năng nhường e của các nguyên tố trên lớn hơn hai nguyên tố dưới và tính khử của nguyên tố trên lớn hơn

Trong họ Lantanit và Actinit, lớp vỏ ngoài cùng chỉ có 2 electron, chúng có tính khử mạnh

Nhận xét:


Phân loại các nguyên tố hoá học

Khí trơ: những nguyên tố có lớp vỏ là ns2np6. Các orbital được điền đầy các electron nên nó bền vững, hoạt tính hoá học kém.

Nguyên tố điển hình: Những nguyên tố lớp vỏ chưa bão hoà, có

cấu hình ns1-2np1-6

Có 38 nguyên tố điển hình: kim loại và phi kim

Có xu hướng cho, nhận e để đạt lớp vỏ bão hoà nên hoạt tính hoá học cao


Nguyên tố chuyển tiếp: Những nguyên tố họ d, thuộc chu kỳ IV, V, Vi, VII; có

cấu hình (n-1)d1-10ns1-2 Chúng có một số tính chất giống nhau Tất cả đều là kim loại, có tính khử Thường có nhiều số oxy hoá, hợp chất cuả chúng

thường có màu và dễ tạo phức chất

Nguyên tố họ Lantanit và Actinit: Nằm ở phân nhóm phụ nhóm III Có cấu hình ns1-2(n-1)d0-10(n-2)f1-14 Được gọi là những nguyên tố chuyển tiếp họ f Tính chất lý, hoá học giống nhau: đều có tính khử

Phân loại các nguyên tố hoá học


.

Chương 2

Hydro và các nguyên tố nhóm I


2.1.1 Đặc tính của nguyên tử Hydro

Hydro là nguyên tố có cấu tạo đơn giản

Cấu hình electron: 1s1

Năng lượng ion hoá : 13,6eV

Ion H+ có kích thước nhỏ, có tác dụng phân cực lớn với các ion hoặc nguyên tử khác

Các hợp chất giữa nguyên tử H với nguyên tố khác là liên kết cộng hoá trị (khi H có số oxh +1)

2.1 Hydro và hợp chất của nó


Có thể nhận 1e để tạo thành ion H-

Hợp chất mà H có số oxh -1 có thể là hợp chất ion

Ion H+ không có vỏ electron, có khả năng tạo liên kết hoá học đặc biệt gọi là liên kết Hydro

Có khả năng hoà tan trong kim loại → liên kết kim loại



Nhận xét: Hydro giống kim loại kiềm: là nguyên tố họ s,

có khả năng nhường 1e → H+ thể hiện tính khử mạnh

Hydro giống các halogen: có khả năng nhận 1e → H- và tạo phức chất

Trong điều kiện thường Hydro là chất khí và được xem là nguyên tố phi kim loại

Vì thế Hydro phải được khảo sát như nguyên tố đặc biệt



2.1.2 Đơn chất Tính chất vật lý:

Hydro là chất khí, không màu, không mùi, không vị, phân tử gồm 2 nguyên tử (H2)

Khí Hydro nhẹ, độ linh động lớn, độ phân cực bé, lực liên kết phân cực nhỏ → nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi thấp

Phân tử thuộc loại không cực, khối lượng nhỏ nên ít tan trong nước và dung môi. Tan trong kim loại Ni, Pd, Pt…



Một số tính chất hoá lý của Hydro: Ái lực electron (F, eV): 0,75 Năng lượng ion hoá (I, eV): 13,6 Độ âm điện tương đối (ĐTA): 2,1 Bán kính nguyên tử (Rc, A0): 0,53 Độ dài liên kết H-H (dH-H, A0): 0,749 Năng lượng phân ly H2 (Efl, kJ/mol): 435 Nhiệt độ nóng chảy (tnc, 0C): -259,1 Nhiệt độ sôi (ts, 0C): -252,6 Hàm lượng trong vỏ trái đất (HĐ, %ngtử): 17



2.1 Hydro và hợp chất của nó Tính chất hoá học:

Ở điều kiện thường phân tử Hydro rất bền Ở điều kiện nhiệt độ cao Hydro hoạt động

mạnh Tính khử:

HXIBrClXH

h

t2),,(

022222 ⇔+ν

OHkOkHPt

2

700

22 2)()(20

↔+

CuOHHCuOt

+→+ 22

0


2.1 Hydro và hợp chất của nó Tính oxy hoá:

Khi đốt nóng, phân tử Hydro phân ly thành nguyên tử H:

Nguyên tử H có hoạt tính lớn, phản ứng được với S, N, P, Hg, nhiều oxit kim loại và hợp chất khác

NaHHNa 22 2 =+

HHt

20

2 = molkJH /4350298 =∆


Các dạng hợp chất của Hydro ở trong tự nhiên là: H2O, đất sét, than…. có trong vỏ trái đất và trong cơ thể động thực vật

Trong vũ trụ chiếm nửa khối lượng mặt trời và các vì sao

Hydro có 3 đồng vị tự nhiên: proti 1H, doteri 2H, triti 3H và 2 đồng vị nhân tạo 4H, 5H.




2.1.3 Hợp chất của Hydro: Hợp chất H(-1)

Giống hợp chất Halogen gọi là Hydrua Phản ứng thu nhiệt mạnh (hoạt tính oxy hoá kém) Bản chất nguyên tố kết hợp với Hydro có thể là

ion, cộng hoá trị hay kim loại Hydrua cộng hoá trị là hydrua của các phi kim loại

BH3, SiH3 hay các kim loại phân nhóm chính nhóm III, IV, V như AlH3, AsH3… những hydrua này không bền và bị nước phân huỷ:

23224 43 HSiOHOHSiH +=+http://hhud.tvu.edu.vn


Các hydrua có cùng tính axit, bazơ hoặc lưỡng tính khi tác dụng với nhau tạo thành phức chất:

Các hydrua cộng hoá trị có khả năng tạo ra những tinh thể polyme rắn được liên kết với nhau bằng cầu Hydro

Ví dụ: B4H10

[ ]43 BHLiLiHBH =+


Các hydrua kim loại chuyển tiếp có thể có thành phần xác định ( PaH2, UH3…) hay không xác định (TiH1,7, VH0,6…) thường bền, có ánh kim, dẫn điện tốt rất khó xác định dạng liên kết này

Các hydrua đều là chất khử mạnh và ion H- không thể tồn tại trong dung dịch nước



Hợp chất H(+) Hợp chất tương đối phổ biến. Ví dụ: Chất khí HCl,

lỏng (H2O), rắn (H2SiO3) Liên kết trong hợp chất là liên kết cộng hoá trị Ngoài ra còn có trạng thái liên kết hydro trong các

liên kết F-H, O-H, N-H dẫn đến các hợp chất HF, H2O, NH3 có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao bất thường so với những hợp chất cùng loại của các nguyên tố trong phân nhóm

Các liên kết hydro thường là những dung môi ion hoá tốt



2.1.4.Điều chế hydro

a)Trong công nghiêp Từ khí thiên nhiên: ở 800-9000C 2CH4 + O2 + 2H2O → 2CO2 + 6H2

PP nghịch đảo khí than ướt: ở 6000C CO(k) + H2O + (H2)→ CO2 + H2 + (H2) Để thu H tinh khiết : điện phân nước b) Trong ptn: cho kẽm tác dụng với HCl trong

bình kíp


2.2.1 Đặc điểm nguyên tử các nguyên tố nhóm IA

Gồm các nguyên tố Liti(Li), Natri (Na), Kali (K), Rubidi (Rb), Xedi (Cs), Franxi (Fr)

Cấu hình electron ns1, có tên chung là kim loại kiềm

Có tính khử mạnh Khi bị chiếu sáng cũng bật electron ra được



Là những kim loại điển hình, phân huỷ nước và rượu

Tác dụng với hydro tạo thành hydrua dạng muối rắn

Oxit và hydroxit là bazơ mạnh điển hình và tăng từ Li đến Fr

Muối đều không màu và tan trong nước (trừ Li)

Tính kim loại tăng dần từ đầu đến cuối phân nhóm



2.2 Các nguyên tố phân nhóm IA 2.2.2 Đơn chất của các nguyên tố nhóm IA

Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Li Na K Rb Cs Fr

Bán kính nguyên tử R(A0) Bán kính ion Rxt(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Khối lương riêng d(g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,55 0,68 5,39 0,53 180

1330 0,02

1,89 0,98 5,14 0,97 98 900 2,4

2,36 1,33 4,34 0,85 63 766 1,4

2,48 1,49 4,18 1,5 39 700

7.10-3

2,68 1,65 3,89 1,9 29 685

9,5.10-9

2,8 1,75 3,98


Tính chất vật lý: Khi tăng điện tích hạt nhân các thông số hoá lý đều

tăng Bán kính nguyên tử lớn và tăng nhanh từ đầu đến

cuối phân nhóm → năng lượng ion hoá nhỏ và giảm theo chiều trên

Là những kim loại rất nhẹ và mềm Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp Các kim loại kiềm đều có độ dẫn điện lớn Khi đốt có màu đặc trưng: Li (đỏ tía), Na (vàng rực),

K(tím hồng), Rb (đỏ huyết), Cs (xanh da trời) được ứng dụng để phân tích định tính



Na Li K

Màu đặc trưng của một số nguyên tố


Tính chất hoá học: Kim loại hoạt động mạnh, tác dụng hầu hết với các

nguyên tố (trừ khí trơ) Tác dụng với hydro khi đun nóng nhẹ tạo thành

hydrua Phản ứng mạnh với halogen, oxy, lưu huỳnh, nitơ,

cacbon Bị oxy hoá ngay ở nhiệt độ thường: Li (nhanh), Na (rất

nhanh), K (ngay lập tức), Rb (bốc cháy). Li cho oxit thường Li2O còn các kim loại khác tạo thành peroxit Na2o2 hoặc surperoxit XO2 (K, Rb, Cs)



Chỉ có Li tác dụng trực tiếp được với C, N2 tạo thành nitrua và cacbua: Li3N, Li2C2. Các nguyên tố khác cho nitrua và cácbua bằng con đường gián tiếp.

Ở nhiệt độ thường, các kim loại kiềm tác dụng mãnh liệt với nước và axit giải phóng hydro



Trạng thái tự nhiên và điều chế: Na chiếm 2,4% trọng lượng vỏ quả đất, K:

1,4%, còn lại các nguyên tố khác rất ít.

K, Na thường tồn tại trong nước biển, muối mỏ dưới dạng kép

Điều chế Na bằng cách điện phân NaCl, NaOH nóng chảy

Điều chế K bằng cách dùng Fe khử KOH ở nhiệt độ cao



2.2.2 Hợp chất của các nguyên tố nhóm IA

Tạo muối hay kiểu muối tương ứng với trạng thái hợp chất X+1

X+1 có điện tích nhỏ, bán kính lớn nên phân cực bé, tạo phức kém, muối ít tạo hydrat tinh thể

Hợp chất kim loại kiềm dễ tan, bền nhiệt

Các hợp chất điển hình là oxyt, peoxyt và hydroxit, các muối halogenua, muối cacbonat



2.3 Các nguyên tố phân nhóm phụ IB

2.3.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhóm IB Phân nhóm phụ IB gồm: đồng (Cu), bạc (Ag),

vàng (Au) Đều có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng, có cấu

hình electron: (n-1)s2(n-2)p6(n-1)d10ns1 18 electron ở lớp thứ 2 từ ngoài vào từ ngoài

vào chưa hoàn toàn bền nên dễ nhường các electron. Vì thế mà phân nhóm phụ IB không những có trạng thái +1, còn có +2 và +3. Đặc trưng nhất là Cu2+, Ag+, Au+3


Bán kính nguyên tử nhỏ nên electron khó mất → kim loại kém hoạt động. Không phân huỷ nước, hydroxit là các bazơ yếu

Theo chiều Cu → Au tính kim loại giảm, khả năng tạo phức tăng



2.3.2 Đơn chất của các nguyên tố nhóm IB Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Cu Ag Au

Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Khối lương riêng d(g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,28 7,72 8,96 1083 2543

3,6.10-3

1,44 7,57

10,50 964

2467 1,6.10-6

1,44 9,22 19,3 1063 2880 5,10-8



Trạng thái tự nhiên: Cu: đỏ, Ag: trắng, Au: vàng

Dẫn điện và dẫn nhiệt tốt Dễ tạo hợp kim với nhau và hợp kim với kim

loại khác nhất là đồng Dễ tạo hợp kim với Hg (Au, Ag, Cu) Kém hoạt động hoá học, giảm dần từ Cu → Au Trong điều kiện thường: Au, Ag bền; Cu tạo

thành lớp CuO, trong không khí ẩm có CO2 tạo thành Cu(OH)2.CuCO3 (màu xanh)



Đốt nóng với oxy: Cu → CuO và Cu2O còn Ag và Au hấp thụ oxy

Cu kết hợp dễ dàng với halogen, Ag chậm hơn, Au chỉ phản ứng khi ở nhiệt độ cao

Ag, Cu phản ứng trực tiếp với lưu huỳnh (S)

Cả nhóm không tác dụng với H2, N2, C

Cả ba nguyên tố chỉ tan trong axit HCl và H2SO4 loãng khi có mặt chất oxy hoá



Ag, Cu dễ tan trong các axit có tính oxy hoá (HNO3, H2SO4 đặc nóng), Au tan trong HCl đặc bão hoà Clo hoặc nước cường toan (1HNO3+3HCl) do tác dụng của Clo nguyên tử

Cả 3 nguyên tố đều tan trong dung dịch xyanua bazơ khi có mặt oxy

Tất cả các hợp chất tan của Cu, Ag, Au đều độc hại



2.3.3 Các hợp chất: Các hợp chất X(+1):

Đặc trưng là Ag+1, đối với Cu+1, Au+1 kém bền Các oxit X2O đều là chất rắn, Cu2O: đỏ, Ag2O:

nâu xẫm, Au2O: tím xám, ít tan trong nước Các hydroxit XOH: không bền, bị phân huỷ ngay

do tác động phân cực mạnh của ion X+ X2O thể hiện tính bazơ trung bình Các muối X+1 (Ag+, Cu+) không tan trong nước, ở

trạng thái ẩm chúng không bền nên phân huỷ



Các muối Cu+, Au+ dễ bị oxy hoá → Cu+2, Au+3

Các muối Ag+ dễ bị phân huỷ khi có ánh sáng tác dụng

Các hợp chất X+2: Hợp chất X+2 chỉ đặc trưng đối với Cu+2 Thường gặp là CuO, Cu(OH)2 và các muối

của nó CuO thường không tan trong nước, dễ tan

trong axit, nung nóng đến 8000C nó phân huỷ thành Cu2O và oxy



Ở 2500C có mặt hydro, CuO bị khử đến Cu

Cu(OH)2 là hydroxit lưỡng tính nhưng cả hai tính đều yếu. Trong axit nó tạo thành muối Cu2+. Trong kiềm mạnh, đặc, dư nó cho muối cuprit màu xanh

Các muối Cu2+ rất dễ tạo phức

Hợp chất X+3:

Trạng thái X+3 đặc trưng là Au+3



Các hợp chất thường gặp Au2O3, Au(OH)3, AuHal3

Au2O3 điều chế bằng cách đun nóng (1000C) Au(OH)3

Au(OH)3 điều chế bằng cách cho kiềm tác dụng lên dung dịch AuCl3 đặc

Oxit và hydroxit Au+3 có tính chất lưỡng tính, chức axit mạnh hơn (gọi là axit auric) tạo muối aurat

Tất cả các muối Au+3 dễ bị nhiệt phân huỷ, cho ra Au kim loại




3.1.1 Đặc tính của các nguyên tố nhóm IIA Gồm các nguyên tố: berili (Be), magie (Mg),

canxi (Ca), stronti (Sr), bari (Ba), radi (Ra). Trong đó Ra là nguyên tố hiếm, có tính phóng xạ

Nguyên tố họ s, cấu hình electron lớp ngoài cùng ns2

Có tính khử và tạo ion X+2 Bán kính nguyên tử Rk(A0) tăng từ trên xuống

dưới http://hhud.tvu.edu.vn

Từ Ca có thêm các orbital lớp d hoặc f có thể tham gia tạo liên kết hoá học

Tính kim loại tăng từ Be → Ra Hình thành 3 nhóm: Be lưỡng tính giống Al, Mg là

kim loại hoạt động mạnh nhưng tính chất không giống kim loại kế tiếp, các kim loại Ca, Sr, Ba hoạt động mạnh được gọi là kim loại kiềm thổ

Chỉ có Be, Mg có khả năng tạo phức, còn lại tạo ion X+2

Các hợp chất XO, X(OH)2 đều có tính bazo mạnh tăng từ Be - Ra



3.1.2 Đơn chất các nguyên tố nhóm IIA Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Be Mg Ca Sr Ba Ra

Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Khối lương riêng d(g/cm3) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,13 9,32 1283 2970 1,85

1,2.10-3

1,6 7,65 650 1117 1,74 2,0

1,97 6,11 850

1490 1,54 2,0

2,15 5,69 770

1370 2,63

1.10-2

2,21 5,21 721

1370 3,76

5,7.10-3

2,35 5,28 960

1530 6,0

1.10-10



Berili: Kim loại màu xám trắng, nhẹ, rất cứng

nhưng dòn Be gần giống với Al, có ái lực lớn với oxy,

nhưng bền nhờ màng BeO Be phản ứng với nhóm halogen, oxy, lưu

huỳnh, nitơ. Trong điều kiện thường không tác dụng với hydro

Tan trong axit và kiềm (kim loại lưỡng tính), thụ động trong HNO3, H2SO4 đặc nguội



Tác dụng với nhiều kim loại tạo thành berilua Dễ tạo hợp kim, một lượng nhỏ Be trong hợp kim

làm hợp kim cứng, bền Cho tia Rơngen X đi qua → làm cửa sổ cho ống

Rơngen Dùng làm chất hãm, chất phản xạ notron trong

các lò nguyên tử Là nguyên tố hiếm, tồn tại dưới dạng quặng beryl

trong thiên nhiên Beryl có lẫn tạp chất có màu đen gọi là ngọc Điều chế bằng cách điện phân BeCl2 nóng chảy

hay nhiệt phân BeF2



Magie: Kim loại màu trắng bạc, nhẹ, nhiệt độ nóng

chảy và nhiệt độ sôi thấp. Dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, mềm và dẻo hơn Be

Ứng dụng quan trọng nhất là điều chế hợp kim nhẹ, nhưng ít bền hoá, kém chịu nhiệt

Nguyên tố họ s song có orbital nguyên tử họ d

Mg là kim loại hoạt động, tạo được MgH2 Mg dễ dàng phản ứng với nhóm halogen,

oxy, lưu huỳnh, nitơ…



Đốt Mg cháy tạo ngọn lửa sáng và phát nhiệt Mg có ái lực với nitro, đốt nóng với nitro tạo thành

nitrua Là chất khử mạnh, khử được những hợp chất bền:

H2O, CO2, SiO2, P2O5, B2O3 Mg tan nhanh trong axit, nhưng không tác dụng với

bazơ Mg tác dụng với hợp chất hữu cơ alkyl halogenua

trong dung dịch ete tạo hợp chất cơ magie Là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên Tồn tại ở dạng hợp chất Điều chế bằng cách điện phân cacnalit

KCl.MgCl2.6H2O hoặc MgCl2 nóng chảy hoặc nhiệt phân kim loại hay khử C



Canxi, stronti, bari: Đều là kim loại trắng bạc, mềm, nhẹ, dẫn nhiệt, điện

tốt, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi Khá mềm và hoạt động mạnh nên không thể dùng ở

trạng thái đơn chất hoặc hợp kim như những kim loại khác

Khi đốt có màu đặc trưng: Ca: đỏ da cam, Ba: lục hơi vàng, Sr: đỏ rực

Kim loại rất hoạt động, hoạt tính tăng, kết hợp hầu hết các phi kim ở điều kiện thường. Khi đun nóng tác dụng được với các nguyên tố kém hoạt động như cacbon, silic, hydro..



Trong không khí dễ dàng tạo MO Khi đun nóng chúng tác dụng với hydro tạo thành

hydrua rắn được dùng làm chất khử mạnh Ở nhiệt độ cao tạo thành các peoxit nhưng kém bền,

tính bền tăng từ Ca → Ba Trong điều kiện thường 3 nguyên tố đều tác dụng với

H2O tạo thành hydroxit và thoát H2 Chúng đều tan trong axit tạo thành muối và giải phóng

H2 Trong thiên nhiên Ca là nguyên tố phổ biến, Ba khá

phổ biến còn Sr khá hiếm và thường gặp ở dạng hợp chất

Điều chế bằng điện phân muối clorua khan nóng chảy



3.2.3 Hợp chất của các nguyên tố nhóm IIA Hợp chất Be+2:

Các hợp chất ở dạng đơn giản (BeO, BeS…) hay phức ([Be(H2O)4]+2, [Be(OH)4]-2…) là tinh thể màu trắng, dễ tan trong nước

Hợp chất Be+2 có tính lưỡng tính BeO có cấu trúc đặc, khít, chịu lửa, dẫn nhiệt, nung

nóng không hoạt động hoá học Là hợp chất lưỡng tính, BeO tan trong axit, kiềm. Khi

đốt nóng hay nấu chảy với các oxit axit, oxit bazơ



Hydroxit beri Be(OH)2 là hợp chất polyme, không tan trong nước có tính lưỡng tính

Be+2 có tác dụng phân cực cao nên muối bị thuỷ phân

Hợp chất Mg+2: Thường gặp ở dạng muối, phức cation Muối Mg+2 khan, hút ẩm mạnh đặc biệt

Mg(ClO4)2 dùng làm chất sấy khô Muối Mg+2 có đặc trưng đa dạng là muối kép



Oxit MgO màu trắng, xốp, khó nóng chảy (tnc = 28000C) có tính bazơ, dễ tan trong axit, khi nung nóng mất hoạt tính

Mg(OH)2 có cấu trúc lớp, ít tan trong nước lạnh, bazơ mạnh trung bình

Khi đun nóng dung dịch MgCl2 hay muối MgCl2.6H2O → thủy phân tạo thành oxoclorua và bị polyme hoá

Cl – Mg – O – Mg … O – Mg – Cl Trên cơ sở đó tạo ra ximăng magie MgSO4 được dùng làm thuốc tẩy nhẹ



Hợp chất Ca+2, Sr+2, Ba+2: Các hợp chất X+2 đều bền Kích thước nguyên tử lớn, có sự tham gia của

orbital nguyên tử nhóm f Các hợp chất X+2 tan trong nước. Các muối

cacbonat sunfat khó tan Các oxit và hydroxit có tính bazơ mạnh Các oxit là chất bột màu trắng có nhiệt độ

nóng chảy cao, phản ứng mãnh liệt với nước tạo X(OH)2 và toả nhiệt



X(OH)2 bị nhiệt phân lại trở về XO và H2O Các hydroxit có tính tan, tính bazo, tính bền nhiệt

tăng từ Ca → Ba Ca, Sr, Ba còng có khả năng tạo peoxit XO2 màu

trắng và peoxit bậc cao XO4 màu vàng Peoxit tác dụng với axit cho H2O2, peoxit bậc cao

cho H2O2 và O2 độ bền peoxit tăng từ Ca – Ba Peoxit đều khó tan trong nước XO2 được điều chế bằng cách trung hoà bazơ

bằng axit: Ca(OH)2 + H2O2 = CaO2 + 2H2O



BaO2 là peoxit phổ biến nhất, ngoài cách điều chế như trên còn cách nung nóng BaO trong không khí ở 5000C

BaO2 dùng để tẩy trắng luạ, sợi thực vật, tẩy màu thuỷ tinh, điều chế H2O2, pecacbonat bari dùng để tẩy uế

Muối halogenua dễ tan trong nước (trừ XF2) đặc biệt CaCl2 được dùng làm hút ẩm, sấy khô…

Muối XCO3, XSO4 khó tan trong nước giảm dần từ Be → Ba



Các muối XCO3 bị nhiệt phân cho XO và CO2, khả năng nhiệt phân giảm từ Ca → Ba

Muối XSO4 không bị nhiệt phân Thông dụng nhất là CaCO3 và CaSO4 CaCO3 nguyên liệu để điều chế Ca(OH)2

và CaO CaSO4 dùng làm thạch cao, tượng, vách

ngăn




3.2.1 Đặc tính của nguyên tố nhóm IIB

Gồm kẽm (Zn), cadimi (Cd), thuỷ ngân (Hg)

Cấu hình electron: (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns1

Có 2e ở lớp ngoài cùng ns2 và số oxy hoá +2

Tính kim loại kém hơn kim loại kiềm thổ

Tính tạo phức tăng dần từ Zn đến Hg


3.2.2 Đơn chất của phân nhóm IIB Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Zn Cd Hg


1,33 9,391

7,1 419 907

1,5.10-3

1,49 8,991

8,7 321 767

7,6.10-6

1,50 10,43 13,55 -39 357

7.10-7



Zn: trắng, hơi xanh; Cd, Hg: màu trắng bạc, dễ bay hơi

Đều có khả năng tạo hợp kim, hợp kim của thuỷ ngân là hỗn hống

Bền với không khí khô, tác dụng với CO2 trong không khí ẩm

Zn, Cd phản ứng với S nóng, Hg trong điều kiện thường tạo HgS

Zn dễ tan trong axit HCl, H2SO4 loãng; Hg thì không



Cả ba đều tan trong HNO3 loãng

Zn có tính lưỡng tính, tan cả trong axit và kiềm

Trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng quặng, riêng Hg tồn tại dạng mỏ Hg nguyên chất

Điều chế quặng XS: đốt sunfua thành oxit rồi khử oxit ở nhiệt độ cao

Muốn điều chế Hg: nung quặng HgS ở t = 5000C



3.2.3 Hợp chất của phân nhóm IIB Các hợp chất X (+2)

Là chất rắn ZnO: trắng; CdO: nâu; HgO: đỏ Độ bền oxit XO giảm theo chiều Zn-Cd-Hg Không tan trong nước nhưng tan trong axit Các cation X+2 không màu Muối có màu HgI2: đỏ; CdS: vàng; HgS: đỏ Các halogenua, sunfat, nitrat tan trong

nước Khi tan các hợp chất X+2 tạo phức



Các hợp chất Hg (+1) Không có ion Hg+ mà chỉ có ion Hg2

+2 cấu trúc [-Hg-Hg-]+2

Nhóm Hg2+2 không phân ly

Hg (+1) không màu, khó tan trong nước Tuỳ theo điều kiện mà Hg2

+2 có tính khử hoặc oxy hoá

Hợp chất Hg2+2 dị phân cho Hg và hợp chất

Hg(+2) Một số hợp chất bền: Hg2Cl2, Hg2SO4




4.1.1 Đặc tính các nguyên tố phân nhóm IIIA

Gồm các nguyên tố bo (B), nhôm (Al), Gali (Ga), Indi (In), Tali (Tl). Bo và nhôm phổ biến

Cấu hình electron ns2np1

Thể hịên tính khử chuyển sang trạng thái X+3

Chỉ có B là phi kim, từ Al trở đi là kim loại

Ngoài ra còn số oxy hoá X+ độ bền tăng từ Ga đến Tl


4.1.2 Đơn chất của các nguyên tố nhóm IIIA Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý B Al Ga In Tl


0,9 8,298 2,34 2300 2550 6.10-4

1,43 5,986

2,7 660 2270 6,6

1,39 5,998 5,97 29,8 2250 4.10-4

1,66 5,785 7,36 156 2040

1,5.10-6

1,71 6,106 11,85 304

1470 3.10-5



Nguyên tố Bo: Nguyên tố phi kim có vài dạng thù hình, bền

là dạng tứ phương B là chất bán dẫn, có màu đen,khó nóng

chảy Có cấu hình electron hoá trị 2s22p1 Hoạt tính hoá học giống silic (theo đường

chéo) Điều kiện thường chỉ tác dụng với F ở 400-

5000C phản ứng với O2, S, Cl2. Ở 12000C tác dụng với Nitơ



Ở nhiệt độ cao B có tính khử Tác dụng với axit mạnh → axit boric, tan trong dung

dịch kiềm Trong điều kiện thường các hợp chất Al (+3) thường là

chất rắn màu trắng Các halogenua của nhôm là tinh thể không màu, dễ

nóng chảy, hút ẩm, tan trong nước và dung môi hữu cơ (trừ AlF3), hoạt động hoá học mạnh

Al2O3 tinh thể rắn, nhiệt độ nóng chảy cao, chịu lửa tốt, rất cứng, không tan trong nước. Có nhiều dạng đa hình. Trong thiên nhiên dưới dạng khoáng Coremdum: trong suốt không màu, lẫn tạp chất cho màu đẹp gọi là ngọc



Al2O3 không tác dụng với nước và axit. Kiềm đun nóng lâu bị phá huỷ

Ở dạng vô định hình oxit nhôm hoạt động thể hiện lưỡng tính

Hydroxit nhôm Al(OH)3 là hợp chất lưỡng tính điển hình

Trong các muối nhôm thì Al2(SO4)3 là hợp chất quan trong dùng để hồ giấy, làm trong nước, điều chế phèn nhôm, thuộc da…

Người ta tổng hợp được các chất của B và Al giống như hydrocacbon tương ứng. Các hợp chất này bền dầu, bền nhiệt có thể dùng làm nhiên liệu tên lửa



Các hợp chất của Ga, In, Tl Các hợp chất Ga (+3), In(+3), Tl(+3) đều

giống Al(+3) Oxit X2O3 điều chế trực tiếp từ nguyên tố.

Ga2O3: trắng nóng chảy không phân huỷ ở 17400C; In2O3: vàng ở 8500C chuyển In2O; Tl2O3: nâu ở 900C đến Tl2O3 và Tl2O

X2O3 là tinh thể không tan trong nước, độ bền giảm, tính bazơ tăng từ Ga đến Tl

X(OH)3 không tan trong nước, có tính lưỡng tính. Tính axit giảm, bazơ tăng từ Ga đến Tl



X(OH)3 không tan trong nước, có tính lưỡng tính. Tính axit giảm, bazơ tăng từ Ga đến Tl

Hoà tan X2O3 hay X(OH)3 trong axit được phức cation

Hoà tan X2O3 hay X(OH)3 trong kiềm được phức anion

Các hợp chất +1 chỉ đặc trưng với Tl(+1) các hợp chất Ga(+1), In(+1) không đặc trưng, không bền là chất khử mạnh




4.2.1 Đặc tính các nguyên tố nhóm IIIB Bao gồm scandi(Sc), ytri (Y),

lantan(La), actini (Ac) Là những nguyên tố d đầu tiên trong

các chu kỳ lớn Cấu hình của chúng:

Sc Y La Ac

3d14s2 4d15s2 5d16s2 6d17s2 http://hhud.tvu.edu.vn

Nhóm kim loại mạnh có trạng thái oxy hoá dương X(+3) tăng từ Sc đến Ac

Trong thiên nhiên nó phân tán, khó tách ở trạng thái nguyên chất



4.2.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm IIIB Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Sc Y La Ac

Bán kính nguyên tử R(A0) Khối lương riêng d(g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,64 3,0

1539 2700 3.10-4

1,84 4,47 1525 3025

2,6.10-4

1,87 6,16 920

3470 2,5.10-4

2,03 10,1 1040

- 5.10-15



Là những kim loại màu trắng Hoạt động hoá học thua kim loại kiềm và

kiềm thổ Dễ tác dụng với axit loãng Với phi kim kém hoạt động khi nóng chảy

tạo hợp chất kim loại Cacbua của nhóm IIIB giống CaC2 Điều chế bằng điện phân clorua nóng chảy



4.2.3 Hợp chất của các nguyên tố nhóm IIIB Hợp chất X(+3)

Là tính thể trắng có tính bazơ tăng từ Sc đến Ac Các hydroxit có tính bazơ tan trong nước tăng lên

từ Sc –Ac Các muối tinh thể màu trắng, muối clorua,

bromua, iodua dễ nóng chảy, tan tốt và dễ thuỷ phân

Các đơn chất và hợp chất phân nhóm IIIB chưa ứng dụng rộng rãi



4.3 Các nguyên tố họ Lantanit

4.3.1 Đặc tính của các nguyên tố họ Lantanit

Sau lantan(La) có 14 nguyên tố có tính chất gần giống La đó là nguyên tố 4f

Cấu hình được biểu diễn bằng 4f2-145s25p65d0-16s2 tính chất hoá học gần giống nhau gọi là nguyên tố đất hiếm

Tính chất kim loại giảm dần từ Ce đến Lu


4.3.2 Đơn chất của các nguyên tố họ Lantanit Là kim loại màu trắng bạc, khó nóng chảy, có

độ cứng nhỏ, độ dẫn điện tương tự Hg Độ hoạt động hoá học chỉ thua kim loại kiềm

và kiềm thổ Điều kiện bình thường khó bền, nung nóng ở

200-4000C chúng bốc cháy trong không khí. Ở dạng bột Xe tự bốc cháy trong không khí

Tác dụng mạnh với halogen, đốt nóng phản ứng với nitơ, lưu huỳnh, phôtpho, cacbon, silic



Tạo hợp kim với hầu hết các kim loại

Phân huỷ được nước, đặc biệt là nước nóng. Phản ứng được với axit, không tan trong kiềm

4.3.3 Hợp chất của các nguyên tố họ Lantanit

Hợp chất X(+3)

Oxit X2o3 chất bột trắng, khó nóng chảy, không tan trong nước, phản ứng với nước tạo thành X(OH)3



X2O3 tan tốt trong axit HNO3, HCl nung lên mất hoạt tính. Không tác dụng với kiềm

X(OH)3 kết tủa vô định hình. Không tan trong nước

Các muối X(+3) tan được trong nước là: clorua, nitrat, sunfat; muối khó tan: sunfua, florua, photphat, cacbonat…

Ứng dụng trong kỹ thuật chân không và tạo hợp kim, làm xúc tác trong các phản ứng hoá học, chế tạo gốm, thuỷ tinh, vật liệu kỹ thuật điện, điện tử



Các hợp chất X(+4), X(+2) Đặc trưng là CeO2, CeF4, Ce(OH)4… CeO2 màu vàng sáng, khó nóng chảy, sau

khi nung trơ về mặt hoá học Muối Ce+4 không bền thuỷ phân mạnh Trong axit thể hiện là chất oxy hoá mạnh Trạng thái +2 đặc trưng là: Eu(+2), Sm(+2),

Yb(+2) dưới dạng oxit, hydroxit giống nhóm Ca

Hợp chất X(+2) có tính khử



5.1 Các nguyên tố phân nhóm IVA 5.1.1 Đặc tính của nguyên tố phân nhóm IVA Gồm các nguyên tố: cacbon (C), silic (Si),

gecmani (Ge), thiếc (Sn), chì (Pb). Đều là nguyên tố họ p có 4 electron lớp ngoài,

tương ứng cấu hình ns2np2 Xu hướng nhường 2, 4 electron mang tính khử

X+2, X+4

Nhận 4 electron mang tính oxy hoá X-4 Từ C-Pb khả năng nhường e tăng, tính oxy hoá

giảm Số oxy hoá -4 thể hiện ở C, Si. Số oxy hoá +4

giảm dần từ C đến Pb; số oxy hoá tăng dần từ C đến Pb http://hhud.tvu.edu.vn

5.1.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm IVA Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Ck/c Si Ge Sn Pb

Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Khối lượng riêng d(g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

0,77 11,26 3,52

>3500 0,15

1,34 8,15 2,33 1410

20

1,39 7,88 5,32 2830 2.10-4

1,50 7,34 7,29 2690 7.10-4

1,75 7,42 11,34 1750

1,6.10-4



Cacbon: Cấu hình electron 1s22s22p2 Khuynh hướng tạo mạch đồng thể C-C rất bền Có 3 thù hình: kim cương, grafit (than chì),

cacbin Kim cương là tinh thể rắn, rất cứng, không dẫn

điện, khó nóng chảy, khó bay hơi, hoạt động hoá học kém

Garafit tinh thể mềm, có màu xám, ánh kim, dẫn điện, hoạt động hoá học mạnh hơn kim cương



Cacbon bột màu đen, cacbon là chất bán dẫn, bền ở phương diện nhiệt động



Ở nhiệt độ thường cacbon trơ hoàn toàn. Ở nhiệt độ cao thể hiện tính khử mạnh, oxy hoá yếu. Khi đốt cho CO2 và toả nhiệt

C phản ứng với S ở 8000C tạo thành CS2 là chất lỏng không màu

Ở nhiệt độ cao, C phản ứng yếu với Hydro tạo thanh hydrocacbon

Ở nhiệt độ cao phản ứng với kim loại tạo cacbua kim loại khó nóng chảy, không bay hơi và không tan



Cacbua kim loại nặng không tác dụng với nước và axit loãng

Các loại khác tác dụng với nước và axit loãng

Cacbon khử nhiều hợp chất ở nhiệt độ cao, dùng để luyện kim

Cacbon chỉ phản ứng với axit mạnh, đặc nóng H2SO4, HNO3

Chỉ có bazơ kiềm đặc nóng mới tác dụng với cacbon



Trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng kim cương, grafit, than…; dạng hợp chất như dầu mỏ, khí thiên nhiên…

Kim cương được sử dụng làm trang sức, mũi khoan, bột màu…

Grafit sử dụng làm bút chì, dầu bôi trơn, điện cực, nồi chịu nhiệt…

Than cốc dùng làm nhiên liệu, chất khử, mực in…



Silic: Cấu hình 1s22s22p63s23p2

Có 2 dạng thù hình: lập phương (bền) và lục phương (không bền)

Dạng bền có tinh thể màu xám, ánh kim và co tính bán dẫn

Có trạng thái oxy hóa: -4, +2, +4 Ở điều kiện thường Si trơ; nhiệt độ cao thể

hiện tính khử, 4000C bị clo oxy hoá, 6000C bị oxy oxy hoá, 10000C phản ứng với nitơ, 20000C phản ứng với cacbon



Trong hồ quang điện tác dụng với hydro tạo ra silan

Chỉ tan trong hỗn hợp axit HF và HNO3 Phản ứng dễ dàng với kiềm giải phóng H2 Hoạt tính oxy hoá với một số kim loại động Zn,

Mg… tạo ra silixua kim loại Phổ biến thứ 2 trên trái đất (sau oxy) thường gặp ở

trạng thái hợp chất Được dùng nhiều trong luyện kim để khử oxy và

oxit kim loại Silic tinh khiết được dùng làm chỉnh lưu, tế bào

quang điện, pin mặt trời



Gecmani, thiếc, chì: Cấu hình electron giống C, Si: ns2np2 Tính kim loại tăng từ Ge-Pb Ge màu trắng bạc, Sn có hai loại α-Sn và β-

Sn, Pb là kim loại màu xám sẫm Ge là bán dẫn, Sn, Pb là kim loại Điều kiện thường: GeSn bền với không khí

và nước, Pb bị oxy hoá PbO



Ở nhiệt độ cao tác dụng với các phi kim và tạo thành Ge(+4), Sn(+4), Pb(+2)

Ge chỉ tác dụng với axit có tính oxy hóa mạnh HNO3

Trong HNO3 loãng, Sn phản ứng như kim loại Sn(+2)

Pb phản ứng với HNO3 ở bất cứ một nồng độ nào

Trong axit HCl đặc Sn, Pb cho phức và tác dụng với dung dịch kiềm tạo muối kép. Ge không tan trong kiềm



Các nguyên tố này không thuộc loại phổ biến, trong tự nhiên dưới dạng quặng

Điều chế bằng cách khử oxit thông thường

Dùng để chế tạo hợp kim

5.1.3 Hợp chất của các nguyên tố phân nhóm IVA

Hợp chất có số oxy hoá âm (-4):

Đặc trưng là C, Si: cacbua, silixua

Cacbua cộng hoá trị là cacbua tạo thành với hydro



Cacbua ion là cacbua của kim loại nhóm I và II

Cacbua nguyên tố d: dẫn điện, dẫn nhiệt, cứng, bền nhiệt

Silic tạo thành với kim loại hợp chất silixua Silixua nguyên tố nhom s, d nhóm I, II là

chất bán dẫn, không bền bị axit và nước phân huỷ.

Silixua nguyên tố nhóm d, f cứng , khó nóng chảy dùng chế tạo hợp kim bền nhiệt, bền axit, chất bán dẫn nhiệt độ cao



Các hợp chất có số oxy hoá dương: a. Các hợp chất có số oxy hoá dương

(+2) Đối với cacbon:

Đặc trưng là CO, CS, HCN, CN- CO là không màu, không mùi, không vị, khó

hoá lỏng, rắn, ít tan trong nước và là khí độc CO có tính khử mạnh và rất hoạt động khi

đun nóng



Dễ bị clo, lưu huỳnh … oxy hoá khi chiếu sáng, đốt nóng

Với kim loại nhóm d phản ứng tạo phức cacbonyl

CO không tác dụng với nước, kiềm ở điều kiện thường. Nếu có áp suất, nhiệt độ tạo axit HCOOH hay HCOONa

Hydroxyanua hoà tan có hạn trong nước tạo axit cyanuahydric

CN- có tính chất giống CO, có tính khử và tạo phức

Khi đun sôi xyanua với S được rodanua Xyanua là hợp chất rất độc



Đối với Gecmani, thiếc, chì: Hợp chất (+2) đặc trưng đối với Pb dưới dạng

oxit, hydroxit và muối

Hợp chất (+2) cấu trúc phức tạp, không màu khó tan trong nước

Hợp chất (+2) lưỡng tính: axit giảm dần, bazơ tăng dần từ Ge – Pb

Có khuynh hướng tạo phức

Có tính khử mạnh và giảm theo chiều Ge - Pb



b. Các hợp chất có oxy hoá dương (+4) Đối với cacbon:

Tồn tại dưới 3 dạng: khí (CF4, CO2…); rắn (CBr4, CI4…); lỏng (CCl4, CS2…)

Hợp chất với nhóm halogen hoạt tính hoá tăng lên từ CF4 – CI4, chúng đều không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ

Anhydric cacbonic CO2 là chất khí, không màu, vị chua, bền nhiệt, trơ, khó khử, tan trong nước tạo thành axit yếu, cho hai loại muối cacbonat và bicacbonat

Cacbonat kim loại kiềm đều tan trong nước. Trừ cacbonat kim loại kiềm thổ. Cacbonat kim loại khác đều bị nhiệt phân cho oxit và CO2



Đối với silic Đặc trưng với các hợp chất halogen, oxy, lưu

huỳnh, nitơ, cacbon, hydro

Các hợp chất Si(+4) có tính axit

SiO2 có nhiều dạng thù hình, chủ yếu dưới dạng thạch anh, không màu, cứng

SiO2 dễ chuyển sang trạng thái thuỷ tinh

SiO2 bền, không tan trong nước, tương ứng có axit silixic và muối silicat



H2SiO3 không tan, nung nóng mất nước (SiO2 mịn) gọi là silicagen dùng hút ẩm

Muối silicat không màu, không tan (trừ kim loại kiềm). Muối natrisilicat ứng dụng làm keo dán

Hỗn hợp Na2SiO3, CaSiO3 với SiO2 thành thuỷ tinh có công thức Na2O.CaO.6SiO2

Thuỷ tinh: chất rắn, không màu, cứng, dòn, dễ vỡ, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Tạo màu ta thêm các loại oxit






Đối với Ge, Sn, Pb: Đặc trưng bởi XO2, XS2, XHal4, các axit,

hydroxit, muối

Độ bền giảm Ge(+4) → Pb(+4) tính oxy hoá tăng đặc biệt PbO2 tính oxy hoá mạnh

Ge(+2), Sn(+2) là chất khử mạnh, Pb(+4) oxy hoá mạnh

GeO2, SnO2: trắng, PbO2: đen, không tan trong nước, hoạt tính hoá học kém



PbO2 dùng sản xuất sơn chống rỉ

GeO2 dùng sản xuất thủy tinh quang học, SnO2 làm men gốm sứ

Các hydroxit X(OH)4 là chất lưỡng tính, tan trong kiềm và axit

Các muối tương ứng có tên gecmanat, starat, plomat, không mùi kết tinh ngậm nước




5.2.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhóm IVB

Phân nhóm IVB gồm titan (Ti), zirini (Zr), hafni (Hf)

Cấu hình electron có dạng (n-1)d2ns2 là kim loại chuyên tiếp

Trạng thái oxy hoá đặc trưng là X+4 tăng từ Ti đến Hf

Zr và Hf khó tách khỏi nhau http://hhud.tvu.edu.vn

5.2.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm IVB Một số thông số vật lý

Thông số hoá lý Ti Zr Hf

Bán kính nguyên tử R(A0) Khối lượng riêng d(g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C)

Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,46 4,51 1668 3260

2,5.10-3

1,60 6,51 1855 4330 4.10-5

1,59 13,31 2220 5400 5.10-7



Kim loại màu trắng bạc, khó nóng chảy, khó sôi Dễ tạo hợp kim cứng Bền trong không khí vì tạo lớp EO2 Ở nhiệt độ cao tạo EO2, EX4(halogen), ES2,

EN, EC.. Dạng bột mịn, cháy ở nhiệt độ thường Bền với tác nhân ăn mòn và bền với axit Trong thiên nhiên thuộc loại phổ biến Điều chế bằng phương pháp nhiệt – kim loại



5.2.3 Hợp chất của các nguyên tố phân nhóm IVB

Dioxit XO2 Là chất rắn, trắng, khó nóng chảy, bền nhiệt,

trơ về mặt hoá học Dùng chất độn cao su, bột màu, dụng cụ

nung, lót lò, thuỷ tinh sứ, men, gốm chịu nhiệt



Hydroxit của X(+4) Kết tủa trắng, có thành phần biến đổi

EO2.nH2O Không biểu lộ rõ tính axit và bazơ Tác dụng với dung dịch đặc của axit mạnh

tạo muối chung XOHal2 (nhóm halogen)

Oxit hỗn hợp X(+4): các dioxit trong kiềm nóng → muối (titarat, ziconat, hafnat



Hợp chất của Ti với số oxy hoá thấp TiO màu vàng tác dụng với axit, giải phóng H2 TI(OH)2 màu đen, không tan trong nước, tác dụng

chậm với nước TiHal2 màu đen, khó nóng chảy, bền nhiệt, tác dụng

với nước và oxy ở điều kiện thường Ti2O3 màu tím, không tan trong nướcs Ti(OH)3 màu tím nâu, không tan trong nước, kiềm,

tan trong axit TiHal3 màu tím, bền nhiệt, không khí, có tính khử

mạnh




6.1.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhóm VA

Gồm các nguyên tố: nitơ (N), photpho (P), asen (As), antimon (Sb), bismut (Bi)

Cấu hình electron ns2np3 có khả năng thu electron tạo X(-3)

Có khả năng mất electron tạo số oxy hoá dương (+1 →+5)


6.1.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm VA Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý N P (Trắng)

As (xám)

Sb (xám)

Bi

Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Khối lượng riêng d(g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

0,71 14,53

0,8(lỏng) -209,9 -195,8 0,25

1,3 10,49 1,83 44,1 275 0,05

1,48 9,82 5,72 818

615(t/h) 1.5.10-4

1,61 8,64 6,68

630,5 1634 5.10-6

1,82 7,29 9,80

271,3 1550

17.10-6



Nitơ: Chất khí, không màu, không mùi, không vị,

nhiệt độ nóng chảy thấp, có hai dạng thù hình

Ít tan trong nước và dung môi hữu cơ Nguyên tố phi kim điển hình, hoạt tính kém

O2 và F2 Cấu hình electron 1s22s22p3 Hoá trị cực đại bằng 4 Phân tử có 2 nguyên tử



Điều kiện thường chỉ phản ứng với Li 10000C tác dụng với H2 10000C có xúc tác phản ứng với oxy Tác dụng với kim loại tạo thành nitrua Trong tự nhiên tồn tại dưới dạng nguyên chất

trong khí quyển và lượng nhỏ hợp chất Photpho

3 dạng thù hình: trắng, đỏ, đen Photpho trắng dễ nóng chảy, dễ tan trong

dung môi không cực, hơi có mùi tỏi, không bền và độc hại



Photpho đỏ: nóng chảy ở 6000C, thăng hoa nhưng khi ngưng tụ tạo thành photpho trắng, photpho đỏ không độc hại

Photpho đen do photpho trắng nung ở 2200 – 3700C trong thời gian dài, áp suất cao hoặc xúc tác Hg. Photpho đen khó nóng chảy không tan trong dung môi, photpho đen không độc

Photpho vừa có tính oxy hoá vừa có tính khử



Asen, antimon, bismut Số oxy hoá đặc trưng X(+3, +5) trạng thái

(+5) kém bền Asen có 3 dạng: xám, vàng, đen Antimon có 3 dạng: xám, trắng, đen Đều là những nguyên tố lưỡng tính Hợp chất của chúng là những chất độc Trong thiên nhiên, thường gặp ở dạng

khoáng sunfua Ứng dụng chủ yếu tạo hợp kim



6.1.3 Hợp chất của các nguyên tố phân nhóm VA

Hợp chất nitơ: thể hiện trong hợp chất nitrua với kim loại hoặc phi kim

Hợp chất P, As, Sb, Bi: photphua, asenua, antimonua, bismutua

Hợp chất với hydro XH3: Amoniac NH3 chất khí, không màu, mùi

khai, tan trong nước Phản ứng đặc trưng là phản ứng cộng



Các hợp chất có số oxy hoá dương (+3) Điển hình là N2O3, HNO2, NO2

-… N2O3 (anhydrit nitrơ) là chất khí, tan trong nước,

kiềm, tạo axit và muối tương ứng HNO2 axit yếu, không bền, có cả tính oxy hoá và khử Với photpho: P2O3, H3PO3, HPO3

-2… Các chất As, Sb, Bi (+3) là X2O3, X(OH)3, X2S3… Oxit đều là chất rắn từ As →Bi tính axit giảm, tính

bazơ tăng Đi từ As →Bi tính phi kim giảm, độ bền tăng, tính

khử tăng



Các hợp chất có số oxy hoá (+5) Hợp chất (+5) của nitơ thường là N2O5, HNO3, NO3

-

N2O5 là tinh thể, không bền, chất oxy hoá mạnh N2O5 tan trong nước cho axit HNO3, nó có thể khử: Hợp chất (+5) của photpho: PHal5, P2O5, P2S5, PO4

-3 Hợp chất (+5) của As, Sb, Bi thể hiện X2O5, XO3

-, XHal5, [X(OH)6]-… đều có tính oxy hoá tăng từ As →Bi

3

03

2

1

2

23

22

45

3 HNNONONHNOONHNO−+++++

→→→→→→




6.2.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhóm VB

Vanadi (V), Niobi (Nb), Tantan (Ta) Cấu hình electron (n-1)d3-4ns1-2 Kim loại chuyên tiếp Số oxy hoá (+2, +3) đặc trưng (+5) Nb và Ta rất giống nhau nên khó tách


6.2.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm VB Kim loại màu trắng và xám, khó nóng chảy, khó

sôi Đều tạo hợp kim với một số kim loại Nhiệt độ thường trơ về mặt hoá học, tạo màng

bảo vệ Nhiệt độ cao tác dụng với Cl2, S, N2, C, Si… Trong thiên nhiên trừ V còn Nb và Ta là

nguyên tố hiếm



6.2.3 Hợp chất của các nguyên tố phân nhóm VB Hợp chất X(+2)

Đặc trưng là VO: ít tan trong nước, dễ tan trong axit tạo muối V(H2O)6

+2 VCl2 là chất khử mạnh Hợp chất Nb(+2) và Ta(+2) có ít và kém bền

Hợp chất X(+3) Đặc trưng là V2O3, không tan trong nước, tan trong

axit VX3 (trihalogenua) tan trong nước và dung môi hữu cơ V+3 dễ tạo phức chất




7.1.1 Đặc tính của các nguyên tố VIA Phân nhóm VI gồm oxy (O), lưu huỳnh (S), selen

(Se), telu (Te), poloni (Po) - gọi là lancogen Quan trọng oxy và lưu huỳnh, polini là nguyên tố

hiếm, có tính phóng xạ Cấu hình electron lớp ngoài là ns2np4 Có khả năng nhận 2 điện tử tạo nên X(-2)

Tính oxy hóa giảm theo chiều tăng điện tích hạt nhân Oxy đặc trưng có số oxy hoá -2 còn đặc biệt -1, +1,

+2 S, Se, Te ngoài số oxy hóa -2 còn có dạng +2, +4, +6


7.1.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm VIA Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý O S Se Te Po

Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Khối lương riêng d(g/cm3) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

0,66 13,62

-218,61 -182,87

1,27 58,0

1,04 10,36 119,3 444,6 2,06 0,3

1,14 9,75 217

634,8 4,80

1,5.10-5

1,32 9,01

449,8 990,0 6,24

1,3.10-7

8,43 254 962 9,30

2.10-15



Oxy Hai dạng thù hình O2, O3 Chất khí, không màu, không mùi, không vị.

Cấu hình electron [He]2s22p4 Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp,

kém tan trong nước Hoạt tính cao, đặc biệt khi đun nóng và có

xúc tác Nguyên tố phổ biến nhất trong thiên nhiên. 3

đồng vị O16, O17, O18



O3 không bền, hoạt tính oxy hoá cao hơn O2 O3 được tạo thành khi phóng điện qua O2

hoặc tác dụng dòng electron, nơtron hay bức xạ sóng ngắn lên oxy

O2, O3 được ứng dụng nhiều trong thực tế công nghiệp, hoá chất cơ bản…

Nồng độ lớn hơn 10-5% , ozon trở thành độc hại



Lưu huỳnh Tồn tại dưới dạng thù hình khác nhau, thông

thường là tà phương (Sα) và đơn tà (Sβ) Sα có màu vàng, bền ở nhiệt độ thường, đun

nóng lên 95,50C nó chuyển sang đơn tà (Sβ) S dòn, cách điện, cách nhiệt, không tan trong

nước, dễ tan trong dung môi hữu cơ Phi kim loại điển hình - hoạt động mạnh, phản

ứng với nhiều đơn chất (trừ I2, N2, Au, Pt)



Kim loại có ái lực với S lớn hơn có thể đẩy kim loại có ái lực với S yếu hơn ra khỏi sunfua của nó

Mn > Cu > Ni > Co > Fe S có ái lực lớn với oxy, cháy cho nhiều nhiệt Có thể phản ứng với một số chất có tính oxi hóa

mạnh cho tính khử Tham gia phản ứng cộng tạo thành sunfua,

sunfat Nguyên tố phổ biến trong thiên nhiên, được dùng

làm axit, thuốc chữa bệnh, diêm, thuốc trừ sâu, lưu hoá cao su…



Selen, Telu, Polini Selen có 2 dạng thù hình: nâu đỏ Seα, dạng

xám; Seβ Se có tính bán dẫn Telu có 2 dạng: dạng tinh thể trắng bạc,

dạng vô định hình màu nâu. Telu cũng là chất bán dẫn

Polini là kim loại mềm, trắng bạc, có lý tính giống chì. Po là nguyên tố hiếm, phóng xạ



7.1.3 Hợp chất của các nguyên tố nhóm VIA Các hợp chất có số oxy hoá âm a, Hợp chất của oxy

Các hợp chất của oxy đại đa số ở oxy hoá -2, -1 (trừ F2O4, F2O2, O3 có số oxy hoá dương)

Các oxit đều có tính axit hoặc bazơ hay lưỡng tính Nước là oxit của hydro, là chất hoạt động Các hợp chất O2

-1 gọi là peoxit bậc cao Peoxit của kim loại gọi là muối của axit H2O2 H2O2 vừa có tính oxy hoá vừa có tính khử



b. Hợp chất của lưu huỳnh Trạng thái oxy hoá -2, -1, trong sunfua và

polisunfua Giống oxit NaSH, Al(SH)3, H3PS4 H2S là trạng thái đặc trưng oxy hoá -2, là chất khử

c. Hợp chất của Se, Te Đặc trưng có số oxy hoá âm H2Se, H2Te, Na2Se,

Na2Te, Na2Se2, Na2Te2 Tính khử tăng dần do độ bền giảm Phần lớn các hợp chất này là chất bán dẫn



Hợp chất có số oxy hoá dương Các nguyên tố phân nhóm VIA đặc biệt từ

S trở đi có số oxy hoá +1 → +6 đặc trưng nhất là +4, +6 điển hình là các hợp chất với halogen và oxy




7.2.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhóm VIB Được gọi là phân nhóm crom gồm: Crom (Cr),

Molipden (Mo), Vonfram (W) Cấu hình Cr: [Ar]3d54s1; Mo: [Kr]4d55s1; W:

[Xe]4f145d46s2 Cr có số oxy hoá đặc trưng là +3. Mo và W là

+6. Ngoài ra còn có 0, +1, +2, +3, +4, +5 Tạo ra anion của poliaxit


7.2.2 Các đơn chất của các nguyên tố phân nhóm VIB Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Cr Mo W Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV)

Khối lượng riêng d(g/cm3)

Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,27 6,76 7,2

1890 3390 6.10-3

1,39 7,10 10,2 2620 4800 3.10-4

1,40 7,98 19,3 3380 5900 6.10-4



Là những kim loại màu trắng bạc, có ánh kim Khối lượng riêng lớn, dẫn điện, dẫn nhiệt, khó

nóng chảy, khó sôi Cả 3 khi lẫn tạp chất trở nên cứng và dòn Dễ tạo hợp kim với Fe Mo ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật

và động vật Nhiệt độ thường bền với không khí, hơi ẩm Ở nhiệt độ cao, dạng bột tác dụng với oxy



Điều kiện thường phản ứng với Flo Nhiệt độ cao tác dụng với phi kim N, C Nhiệt độ cao 600 – 8000C tác dụng với nước

giải phóng H2 Hòa tan ít trong axit, muốn hoà tan nhanh ta

dùng hỗn hợp HNO3 và HF Không tan trong dung dịch kiềm ở nhiệt độ

thường nhưng tan trong hỗn hợp kiềm nóng chảy với nitrat hay clorat

Trong thiên nhiên là kim loại tương đối phổ biến dưới dạng khoáng vật quặng

Cr điều chế bằng nhiệt nhôm, Mo, W được điều chế bằng phương pháp khử



7.2.3 Các hợp chất của các nguyên tố phân nhóm VIB

Hợp chất X(+2): Các hợp chất bậc (+2) của crom: CrO (đen), CrS

(đen), CrHal2 (không màu), Cr(OH)2 ( màu vàng) có tính bazơ

Các hợp chất Cr(+2) có tính khử mạnhs Hợp chất X(+3)

Đặc trưng chỉ với Cr Cr2O3

lưỡng tính nhưng trơ về mặt hoá học, không tan trong nước và kiềm



Cr2O3 được điều chế bằng nhiệt phân hay khư

Các hydroxit crom cũng kém hoạt động có tính lưỡng tính nhưng yếu

Các muối Cr+3 phổ biến, chúng bền, dễ tan trong nước và thuỷ phân mạnh

Hợp chất X(+6) Độ bền của hợp chất +6 tăng từ Cr đến W Chất rắn có màu khác nhau: CrO3: đỏ sẫm;

MoO3: trắng; WO3: vàng tươi



Axit H2CrO4 không bền còn H2MoO4 là chất rắn bền, không tan trong nước

Hợp chất +6 có tính axit giảm từ Cr đến W Hợp chất +6 tạo phức anion polyme Hợp chất +6 có tính oxy hoá và tính oxy hoá

giảm từ Cr đến W



8.1 Các nguyên tố nhóm VIIA

8.1.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhóm VIIA Được gọi là nhóm halogen gồm: flo (F), clo (Cl),

brom (Br), iot (I), atatin (At) Cấu hình lớp electron ngoài cùng là ns2np5 Dễ thu thêm điện tử để trở thành X(-1) bền vững Tính phi kim loại giảm từ F đến At Trừ F2, còn các nguyên tố khác có khả năng có số

oxy hoá +1, +3, +5, +7. Các hợp chất có số oxy hóa dương kém bền Trong nhóm nguyên tố At là nguyên tố hiếm, có

tính phóng xạ http://hhud.tvu.edu.vn

8.1.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm VIIA Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý F Cl Br I At

Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

0,64 17,42 -219,6 -187

2,8.10-2

0,99 12,97 -100,1 -34,15 2,6.10-2

1,14 11,84 -7,2

58,75 8,5.10-5

1,33 10,45 133,5 184,5 4.10-6

9,2 299 411

vết



Đa số ở thể khí (trừ I và At) Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, tăng

từ Flo đến Atatin Tan ít trong nước Là những phi kim loại điển hình, hoạt tính hoá

học cao, đặc biệt là Flo Clo cũng là phi kim điển hình chỉ bị khử khi tác

dụng với Flo Clo chỉ tác dụng với kim loại ở trạng thái ẩm,

Khi ở trạng thái khí thì bền Các halogen phổ biến trong thiên nhiên nhưng

không ở trạng thái tự do



8.1.3 Hợp chất của các nguyên tố nhóm VIIA 1. Hợp chất X(-1)

Hợp chất X(-1) là hợp chất đặc trưng gọi là halogenua

Các halogenua bazơ thường là chất rắn, halogenua axit là khí, lỏng, rắn dễ nóng chảy

Các halogenua axit và bazơ dễ tạo phức Các hydro halogenua có độ nóng chảy, độ sôi

thấp tăng từ HCl đến HI, tan nhiều trong nước và phát nhiệt mạnh



Độ bền hydro halogenua giảm từ HF đến HI, có tính khử tăng từ HF đến HI

HF ăn mòn thuỷ tinh, thạch anh Tổng hợp halogenua trực tiếp từ các nguyên tố

2. Hợp chất halogenua có số oxy hoá dương Trừ F còn nhóm Hal đều có thể có số oxy hoá +1 ÷ +7 Các halogen khác, đặc trưng là các hợp chất với oxy

có dạng +1, +3, +5, +7. Ngoài ra còn có +4, +6, các hợp chất này đều không bền



Hợp chất giữa các halogen Công thưc tổng quát XYn, trong đó X, Y là

Hal khác nhau, n = 1, 3, 5, 7 và F luôn có hoá trị -1

Hal càng xa nhau tạo hợp chất càng bền Các hợp chất này có tính axit, thuỷ phân và

tác dụng với kiềm Không bền và dễ bị phân huỷ

Hợp chất halogen với oxy Các halogen đều tạo hợp chất với O2 , riêng

F có hoá trị -1



Các hợp chất Hal (+1) đặc trưng là Cl2O, HClO, HBrO…

Các hợp chất Hal (+1) kém bền, dễ bị phân huỷ, có tính axit kém

Hợp chất Cl(+3) đăc trưng là axit HClO2 và muối của nó không bền

Hợp chất halogen (+5) đặc trưng là HClO3, HBrO3, HIO3 và muối của nó, tính bền tăng từ Cl đến I, chúng là những axit yếu. Các muối của chúng rất bền, khi đốt nóng mới giải phóng oxy



Các hợp chất Hal (+7): đặc trưng là Cl2O7, HClO4, ClO4

-, NaBrO4, H5IO6, IO6-5

Một số hợp chất có trạng thái oxy hoá dương khác Đặc trưng là ClO2 (Cl2O4), ClO3 (Cl2O6) Chất oxy hoá mạnh, được xem là chất oxy

hoá hỗn tạp



8.2 Các nguyên tố phân nhóm VIIB 8.2.1 Đặc tính của các nguyên tố phân nhóm VIIB Phân nhóm VIIB gồm: mangan (Mn), tecneci

(Tc), reni (Re) Cấu hình electron (n-1)d5ns2 Có khả năng cho đi các electron để có trạng

thái oxy hoá +2 đến +7 Không có khả năng nhận e Mn đặc trưng bền là +2, +4, +7. Tc và Re bền

nhất +7 Theo chiều tăng số oxy hoá tạo phức anion

tăng, tạo phức cation giảm http://hhud.tvu.edu.vn

8.2.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm VIIB Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Mn Tc Re

Bán kính nguyên tử R(A0) Khối lượng riêng d(g/cm3) Năng lượng ion hóa l1(eV) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,30 7,44 7,44 1245 2080

3.10-2

1,36 11,49 7,28 2200 4600 vết

1,37 21,04 7,88 3180 5600

9.10-9



Kim loại trắng bạc, bột, màu xám. Mn giống Fe Thuộc dạng kim loại hoạt động, hoạt tính giảm từ Mn

đến Re Mn khi đun nóng tác dụng với O, S, N2, P, C, Si… đặc

biệt với halogen Re, Tc kém hoạt động, ở nhiệt độ cao mới phản ứng

với O2, S, halogen không kết hợp với nitơ Axit loãng phản ứng với Mn tạo muối Tc, Re không tác dụng với axit (trừ HNO3, HXO4) Mn được dùng làm hợp kim, Re làm dây đốt điện, Tc

làm vật liệu lò nguyên tử Trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng quặng



8.2.3 Các hợp chất của nguyên tố phân nhóm VIIB

Hợp chất Mn(+2) Hợp chất cơ bản MnO, MnS, MnCl2, MnF2,

Mn(OH)2… Các muối Mn (+2) tan trong nước, dễ tạo

phức cation Hợp chất Mn(+2) tính bazơ trội hơn Thể hiện tính khử khi gặp chất oxy hoá



Hợp chất Mn(+4) Hợp chất Mn(+4) oxit và hydroxit bền; muối:

kém bền Hợp chất oxit và hydroxit thể hiện tính

lưỡng tính đều yếu Đối với Tc(+4), Re(+4) cũng tồn tại dạng

XO2, XHal4, M2XO3 Hợp chất X(+6)

Đặc trưng và bền là XO4-2 (đối với Mn) và

XCl6, XF6, XO3 (với Tc và Re)



Các muối X(+6) không bền. MnO4-2 có tính oxy hoá

mạnh, dễ bị khử thành MnO2 còn TcO4-2, ReO4

-2có tính khử mạnh, dễ bị oxy hoá

Hợp chất X(+7) Đặc trưng bởi Mn2O7, MnO4

-, MnO3F, ReF7, Re2O7, ReO3F, Tc2O7, TcO4

-, TcO3F… Hợp chất X(+7) độ bền tăng từ Mn đến Re Các HXO4 cũng có độ bền tăng dần và là axit mạnh Các muối của nó có độ bền tăng dần Hợp chất X(+7) là những chất oxy hoá mạnh



9.1 Các nguyên tố trong phân nhóm VIIIA

9.1.1 Đặc tính của các nguyên tố trong phân nhóm VIIIA

Phân nhóm VIIIA gồm: heli (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), xeron (Xe), Radon (Ra)

Lớp vỏ ngoài cùng nsnp đã điền đầy đủ electron

Năng lượng ion hoá cao và rất bền


9.1.2 Đơn chất của các nguyên tố phân nhóm VIIIA Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý He Ne Ar Kr Xe Ra Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,22 24,58 -269,7 -268,9 5.10-4

1,6 21,669 -248,6 -246

1,8.10-3

1,91 15,775 -189,4 -105,9 9,3.10-1

2,01 13,996 -157,2 -153,2 1,1.10-4

2,2 12,127 -19,9 109,1

8,6.10-6

10,745

-71 -62

6.10-20



Phân tử đơn nguyên tử Không màu, không mùi, khó hoá lỏng, hoá

rắn Dễ tan trong nước và tăng từ He đến Ra Trong ống phóng điện tạo màu đặc trưng:

vàng (He), đỏ (Ne), lam nhạt (Ar), tím (Kr), lam (Xe)

Trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng tự do



9.1.3 Hợp chất của các nguyên tố phân nhóm VIIIA

Hợp chất của Xe Hợp chất của Xe với flo và oxy có oxy hoá

+2, +4, +6, +8. XeF2, XeF4, XeF6, XeO3, XeO4, H4CeO6



9.2 Các nguyên tố phân nhóm VIIIB 9.2.1 Đặc tính của các nguyên tố trong phân nhóm VIIIB Phân nhóm VIIIB gồm 9 nguyên tố: sắt (Fe), ruteni

(Ru), osmi (Os), coban (Co), rodi (Rh), Iridi (Ir), niken (Ni), paladi (Pd), Platin (Pt)

Các nguyên tố đều nằm giữa các chu kỳ lớn Số oxy hoá cực đại là +8 Thể hiện là những kim loại, ion của nó dễ tạo phức

bền Có khuynh hướng tạo hợp kim Oxit, hydroxit có tính bazơ yếu hoặc lưỡng tính Chia làm 2 họ, sắt bao gồm: Fe, Co, Ni; platin gồm:

Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt http://hhud.tvu.edu.vn

9.2.2 Đơn chất của các nguyên tố trong phân nhóm VIIIB Nguyên tố họ sắt: Fe, Co, Ni

Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Fe Co Ni

Bán kính nguyên tử R(A0) Năng lượng ion hóa l1(eV) Khối lượng riêng d(g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C) Hàm lượng trong vỏ trái đất (%ngtử)

1,26 7,78 7,9

1536 2770 1,5

1,25 7,86 8,9

1495 2255 0,001

1,24 7,64 8,9

1455 2140 0,003



Là kim loại trắng xám hoặc trắng bạc, có tính sắt từ

Hoạt tính trung bình giảm từ Fe đến Ni, bột mịn có thể cháy

Đun nóng bị hal, oxy, lưu huỳnh oxy hoá Hoà tan trong axít loãng trong trạng thái đặc

nguội bị thụ động Không phản ứng với kiềm Trong thiên nhiên dưới dạng quặng



a. Hợp chất của sắt, coban, niken Hợp chất X(0) thể hiện dưới dạng phức

Fe(CO)5, Ni(CO)4… Các phức dễ bị phân huỷ Hợp chất X(+2)

Hợp chất XO, X(OH)2 có tính bazơ, không tan trong nước và kiềm, tan trong axit

Các muối X+2 với axit mạnh dễ tan trong nước, yếu khó tan

Hợp chất X+2 có tính khử dễ bị oxy hoá trong không khí

Tạo phức cation bền hơn phức anion



Hợp chất X(+3) Hợp chất Fe(+3) tồn tại dưới dạng hợp chất và

phức, các oxit và hydroxit không tan trong nước, lưỡng tính nhưng tính bazơ trội hơn. Các muối Fe(+3) đều bền

Hợp chất Co(+3) tồn tại dưới dạng phức nhiều hơn dạng hợp chất , các hợp chất Co(+3) không bền, có các phức anion, cation, trung hoà

Hợp chất Fe(+6) Đặc trưng là muối FeO4

-2 (ferat) Muối Fe(+6) không bền dễ bị phân huỷ



b. Nguyên tố họ platin Gồm các nguyên tố Ru, Rh, Os, Ir, Pt Cấu hình electron (n-1)d6-10ns0-2 có nhiều số

oxy hoá khác nhau Trong các chất chủ yếu là liên kết cộng hoá trị Các hợp chất không có vai trò lý thuyết và

thực tiễn Có khả năng tạo nhiều phức chất và ở trạng

thái hoá trị +3, +4 Có hoạt tính xúc tác cao



Đơn chất của họ platin Một số thông số hoá lý

Thông số hoá lý Ru Rh Pd Os Ir Pt

Khối lượng riêng d(g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy tnc(0C) Nhiệt độ sôi ts(0C)

12,4 2250 4200

12,4 1963 3700

12 1554 2940

22,7 3027 5000

22,6 2450 4500

21,5 1769 3800



Kim loại màu trắng bạc, khó nóng chảy,khó sôi

Có khả năng tạo hợp kim Là kim loại kém hoạt động, là kim loại quý Pt là kim loại bền với oxy ở nhiệt độ cao Tác dụng với kiềm nóng chảy khi chưa có

mặt chất oxy hoá Trong thiên nhiên chúng là những nguyên tố

đồng hành và quý hiếm



Hợp chất họ platin Hợp chất X(0); chỉ có Ru, Os tạo hợp chất

cacbonyl kim loại Ru(CO)5, Os(CO)5 Hợp chất X(+4): đặc trưng là RuO2, OsO2

bền nhiệt, khi đun nóng bị H2 khử thành kim loại

Hợp chất X(+6): phổ biến là OsF6, RuO3, OsO3, K2RuO4

Hợp chất X(+8): RuO4, OsO4



8–1

HOAÙ HOÏC HÖÕU CÔ

Organic Chemistry


8–2

Đề Cương chi tiết môn học

• Chương1: Đại cương hóa học hữu cơ • Chương 2: Hydrocacbon • Chương 3: Dẫn xuất của hdrocacbon


8–3

HOAÙ HOÏC HÖÕU CÔ

Organic Chemistry

CHÖÔNG 1 ĐẠI CƯƠNG


8–4

1.1.MỞ ĐẦU

1.1.1 Khái niệm hợp chất hữu cơ và hoá hữu cơ

• Hợp chất hữu cơ: Là những hợp chất của cacbon

( Trừ CO, CO2, các muối cacbonat…) • Hoá học hữu cơ : Ngành hoá học nghiên cứu

các hợp chất hữu cơ (các hợp chất của cacbon) được gọi là hoá học hữu cơ


8–5

1.1.2 Phân loại hợp chất hữu cơ Có thể chia theo hai cách chính sau đây 1. Hydrocacbon và dẫn xuất của hydrocacbon • Hydrocacbon: những hợp chất hữu cơ chỉ chứa C và H • Các dẫn xuất của hydrocacbon: trong phân tử ngoài C,H còn

có cả các nguyên tố khác:O,N,S,Halogen…Đó là những hợp chất có chứa nhóm chức

• Nhóm chức là những nhóm nguyên tử quyết định tính chất hoá học đặc trưng của hợp chất đó

• Hợp chất hữu cơ có thể là đơn chức, đa chức hoặc tạp chức 2.Phân loại theo mạch cacbon • Hợp chất mạch hở ( no, không no ) • Hợp chất mạch vòng (Vòng cacbon, hợp chất dị vòng)


8–6

2. Phân loại theo mạch cacbon

HÔÏP CHAÁT HÖÕU CÔ

HÔÏP CHAÁT VOØNG

HÔÏP CHAÁT KHOÂNG VOØNG

NO

KHOÂNG NO

THÔM

KHOÂNG THÔM

HÔÏP CHAÁT DÒ VOØNG

HÔÏP CHAÁT DOÀNG VOØNG

THÔM

KHOÂNG THÔM

S O

NH


8–7

1.2 CẤU TRÚC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ

1.2.1. Cấu trúc e liên kết cộng hoá trị và liên kết yếu ♠ Cấu tạo vỏ cacbon

1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p2

Lai hoá sp3: Lai hoá sp2:

Lai hoá sp:

Trạng thái cơ bản Trạng thái kích thích

Các loại lai hoá


8–8

1.2.1. Cấu trúc e liên kết cộng hoá trị và liên kết yếu

1. Liên kết cộng hoá trị a) Khái niệm: là loại liên kết được tạo thành do sự xen phủ

lẫn nhau của các ocbitan nguyên tửhoá trị của các nguyên tử tham gia liên kết

Có hai loại liên kết cộng hoá trị • Liên kết σ là liên kết tạo thành do sự xen phủ trục ( tức là

MO có trục trùng với trục nối hai hạt nhân nguyên tử) • Liên kết π là liên kết được tạo thành do sự xen phủ hai bên

của trục nối hai hạt nhân nguyên tử


8–9


8–10

Liên kết cộng hoá trị

b) Sự lai hoá của ocbitan và các liên kết đơn , đôi, ba • Các trạng thái lai hóa có thể có

– sp3 hydbridization : CÓ 4 liên kết với cacbon, CH4

– sp2 hydridization: CÓ 3 liên kết với cacbon; 2 liên kết đơn và một liên kết đôi. CH2=CH2

– sp hybridization: có 2 liên kết với cacbon; 1 liên kết đơn và 1 liên kết ba, CH≡CH

• Liên kết đôi gồm 1 liên kết sigma và 1 liên kết pi • Liên kết ba gồm 1 liên kết sigma và hai liên kết pi


8–11


8–12

LIÊN KẾT SIGMA


8–13

LIÊN KẾT PI


8–14

OCBITAN LAI HOÁ SP3 VÀ CẤU TRÚC PHÂN TỬ CH4


8–15

Ocbitan lai hoá sp2 và cấu trúc phân tử etylen


8–16

CCH

OCBITAN sp


8–17

2. Liên kết Hidrô

• Bản chất: là liên kết được tạo thành giữa nguyên tử H đã tham gia liên kết cộng hoá trị, mang một phần điện tích dương Xδ-←Hδ+ và nguyên tử Y:δ- mang cặp electron tự do nhờ tương tác tĩnh điện yếu.

Liên kết cộng hoá trị phân cực Xδ - ← Hδ+ . . . Y:δ- Liên kết Hidrô

• Điều kiện: + X có độ âm điện lớn (O,N, halogen…) + Y có cặp electron chưa sử dụng, bán kính nhỏ (F,O,N)


8–18


8–19

Liên kết hidrô

• Các loại liên kết H + Liên phân tử + Nội phân tử • Ảnh hưởng của liên kết hidro + Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy + Độ tan


8–20

• Biểu diễn hợp chất hữu cơ

1.2.2 Cấu trúc không gian- đồng phân lập thể


8–21

1.2.2.1. Cách biểu diễn cấu trúc không gian

a. Công thức phối cảnh: Qui ước biểu diễn:

– Liên kết nằm trong mặt phẳng được biểu diễn bằng đường liên tục

– Liên kết hướng ra phía trước biểu diễn bằng đường đậm – Liên kết phía sau biểu diễn bằng đường đứt đoạn

a

Cb

cd

H

CH

HH

Metanhttp://hhud.tvu.edu.vn

8–22

Cách biểu diễn cấu trúc không gian .b) Công thức chiếu Niumen (Newman) Qui ước: Nhìn phân tử dọc theo 1 liên kết nào đó, thường là liên kết

C-C – Nguyên tử C ở đầu liên kết gần mắt ta (C1) được thể hiện

bằng 1 hình tròn và che khuất liên kết (C2). – Các liên kết C1 được nhìn thấy toàn bộ và xuất phát từ tâm

hình tròn C1. – Các liên kết C2 chỉ nhìn thấy được phần ló ra từ chu vi của

hình tròn C1.

H

H

H

H

H

HH H

HHH

H

Newmanhttp://hhud.tvu.edu.vn

8–23

c. Công thức Fischer Qui ước:

– Đặt công thức phối cảnh của phân tử sao cho nguyên tử C được chọn nằm trong mặt phẳng trang giấy, 2 nhóm nguyên tử ở bên phải và bên trái nguyên tử C đó nằm trên trang giấy, 2 nhóm nguyên tử còn lại nằm dưới trang giấy. Chiếu công thức đó lên mặt tờ giấy ta được công thức Fisơ

– Nhóm nguyên tử có mức oxi hóa cao hơn thì được viết ở phía trên

CHO

CH OH

CH2OH

CHO

CH OH

CH2OH

CHO

CH HO

CH2OH

Công thức phối cảnh Công thức Fisơ http://hhud.tvu.edu.vn

8–24

· Đổi chỗ bất kỳ 2 nhóm thế nào ở nguyên tử carbon bất đối cũng làm quay cấu hình và sẽ sinh ra dạng đồng phân khác.

· Nếu dịch chuyển đồng thời cả 3 nhóm thế theo chiều kim đồng hồ hay theo chiều ngược lại thì công thức Fisher vẫn giữ nguyên ý nghĩa.

C OH

OH

HC 2OH

H OH

HC 2OH

H

C OH

S

(1)

(2)

(3)

RR

H H

HC 2OH

CO

OH

(1)

(2)

(3)

R

C OH

OH

HC 2OH

HDòch chuyeån ñoàng thôøi 3nhoùm theá

R

OH

HC 2OH

H

C OH


8–25

· Không được quay công thức Fisher trên mặt phẳng một góc 900 hay 2700 vì sẽ làm quay cấu hình nhưng có thể quay một góc 1800.


8–26

1.2.2.2. Đồng phân 1) Khái niệm đồng phân Các chất đồng phân là những chất có cùng công thức

phân tử, cùng khối lượng phân tử nhưng khác nhau về công thức cấu tạo hoặc cấu hình nên có những tính chất (vật lý, hóa học) khác nhau. CH3CH2OH và CH3-O-CH3 có cùng công thức phân tử là C2H6O

2) Phân loại - Đồng phân cấu tạo - Đồng phân không gian (Đồng phân lập thể) + đồng phân hình học + đồng phân quang học


8–27

3. Đồng phân cấu tạo: ( nghiên cứu tài liệu) Đồng phân khác nhau về cấu tạo hóa học • Đồng phân mạch cacbon: là đồng phân về cách sắp xếp

mạch cacbon theo trật tự khác nhau: ví dụ C5H12:

• Đồng phân nhóm chức.C2H6O

C

CH3

H3C CH3

CH3

H3C CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH2 CH3

CH32,2-Dimethyl-propan Pentan 2-Methyl-butan

CH3CH2OH CH3OCH3

Ethanol Dimethyl etherhttp://hhud.tvu.edu.vn

8–28

• Đồng phân vị trí nhóm chức

• Đồng phân hỗ biến (tautomer)

Sự biến đổi giữa hai đồng phân hỗ biến thường xẩy ra rất nhanh trong dung dịch khi có mặt vết axit yếu, bazơ hoặc nước.

H3C C CH2 COOEtO

H3C C CH COOEtOH

Xeto Enol

OH

CH3

OHOH

CH3 CH3

o-cresol m-cresol p-cresol


8–29

Cách viết công thức cấu tạo 1. Tính độ không no Ví dụ: C6H12: U = (2.6 + 2 – 12): 2 = 1 okn (Chứa 1 vòng hoặc 1 nối đôi) 2. Xác định bản chất của nhóm chức 3. Viết mạch cacbon đồng phân

URH =2nc + 2 - nH

2Số vòng + số liên kết π (độ không no ,okn)

C C C C C C C

C4. Xác định nhóm chức và viết đồng phân vị trí nhóm chức


8–30

4. Đồng phân không gian

a) Khái niệm : Những hợp chất hữu cơ có cùng công thức cấu tạo nhưng có tính chất khác nhau do phân bố các nhóm thế trong không gian khác nhau gọi là đồng phân không gian. Người ta chia đồng phân không gian thành 2 loại chính: + Đồng phân cấu hình ( hình học và quang học) + Đồng phân cấu dạng


8–31

b) Đồng phân hình học b1) Khái niệm là một loại đồng phân cấu hình xuất hiện

do có sự phân bố khác nhau của các nhóm thế đối với 1 mặt phẳng (mặt phẳng π hay vòng no) gọi là đồng phân hình học.: Đồng phân cis-trans hay Z- E b2 Điều kiện -Có bộ phận cứng nhắc - Mỗi một nguyên tử ở lk đôi hay vòng no liên kết với 2 nhóm thế có bản chất khác nhau


8–32

b3 Danh pháp • Hệ danh pháp cis -trans Xét phân tử abC=Cde trong đó a ≠ b ; d ≠e , nhưng a

hay b có thể giống d hay e. Xuất phát từ 2 căn cứ - Dựa vào bản chất nhóm thế - Dựa vào mạch chính


8–33

+ Dựa vào bản chất nhóm thế Nếu hai nguyên tử hay nhóm nguyên tử giống nhau nằm cùng một bên mặt phẳng tham chiếu thì đồng phân đó gọi là : cis , ngược lại là đồng phân trans;

•

C CMe

HH

MeC C

H

MeH

Me

cis-2-Buten trans-2-Buten

C CH

HC C

H

C 3H

C CH

HC C

H3 2

HHC C

4-metylhept-3,5-dien 4-metylhept-3,5-dientrans-trans -

3 2HHC C

3CH

3CH

C 3H

cis -trans -http://hhud.tvu.edu.vn

8–34

+Dựa vào mạch chính: Nếu các nhóm nguyên tử trên mạch chính cùng phía thì đó

là đồng phân cis, khác nhau là trans

CH3 CH3

H C2H5

C = C

Dựa vào bản chất nhóm thế là đồng phân cis Dựa vào mạch chính là đồng phân trans


8–35

● Hệ danh pháp Z-E : - Sắp xếp các phối tử trên mỗi C của nối đôi theo thứ tự

ưu tiên theo qui tắc tiếp vị. - Đồng phân nào có hai nhóm ưu tiên lớn nằm về một bên

của mặt phẳng qui chiếu là : Z, ngược lại là E.


8–36

Các tính độ ưu tiên (độ hơn cấp)

• Qui tắc: Các nguyên tử của nguyên tố có thứ tự lớn hơn trong bảng HTTH thì lớn hơn. – Xét nguyên tử liên kết trực tiếp với trung tâm (gọi là

nguyên tử thứ nhất của nhóm) – Xét tiếp đến các nguyên tử lớp thứ 2 (liên kết trực tiếp với

nguyên tử thứ nhất) và được biểu diễn: – Liên kết đơn: CH3 được viết C (H, H, H); -CH2OH viết là

C (O, H, H). – Liên kết đôi, ba: -CH=O, C (O, O, H); -CH=CH2, C (C, C,

H)…


8–37

c. Đồng phân quang học c1) Khái niệm về tính quang hoạt và chất quang hoạt Tính hoạt động quang học là khả năng của chất làm quay mặt

phẳng dao động của ánh sáng phân cực.

1 2 3 4 5

1-Nguồn ánh sáng, 2-Lăng kính Nicol, 3-Anh sáng phân cực, 4-Chất quang hoạt, 5-Anh sáng sau khi đi qua chất quang hoạt


8–38

c. Đồng phân quang học

• C2 Khái niệm về đồng phân quang học Những hợp chất có cùng cấu tạo hóa học, có tính chất vật lý

và hóa học giống nhau, khác nhau về khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực và tính chất sinh hóa gọi là đồng phân quang học.

• C3 Điều kiện để có đồng phân quang học: phải có yếu tố không trùng vật ảnh

+ Nguyên tử bất đối xứng thường gặp là Cacbon bất đối xứng: Những nguyên tử cacbon đính với 4 nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác nhau gọi là cacon bất đối kí hiệu: C*

+ Bất đối phân tử • C4 Số lượng đồng phân quang học : Số lượng đồng phân quang học = 2n (n = số lượng cacbon

bất đối).nếu trong phân tử không có yếu tố đối xứng nào


8–39

• Axit lactic có 2 đối quang là đồng phân quay phải và đồng phân quay trái, 2 đối quang này chúng rất giống nhau nhưng không thể chồng khít lên nhau được

• Hỗn hợp 50% đồng phân quay phải và 50% đồng phân quay trái gọi là hỗn hợp raxemic

COOH

CH

HO

H3C

COOH

CH

OH

CH3

Axit L (-)-lactic Axit D (+)-lactic

tonc

tos

26 26

122/14 mmHg 122/14 mmHg

[α]25D

+3.8o -3.8o


8–40

Đồng phân quang học • C5 Cách gọi tên: + Theo hệ danh pháp D,L: So sánh cấu hình của chất

nghiên cứu với cấu hình chất chuẩn là D và L-Glyxerandehit

D –Glyxerandehit L-Glyxeandehit

H

CHO

OH

CH2OH

CHO

H

CH2OH

HO


8–41

Đồng phân quang học + Danh pháp R, S; quy tắc Cahn-Ingold –Perlod • Quy tắc này dựa trên cơ sở tăng sự ưu tiên của nhóm thế

đính với trung tâm bất đối xứng theo thứ tự ưu tiên từ lớn nhất (1) cho đến nhóm nhỏ nhất (4) với điều kiện nhóm nhỏ nhất phải ở xa vj trí người quan sát và sau mặt phẳng Nếu từ nhóm lớn nhất đến thứ 2,và thứ ba theo chiều kim đồng hồ là R ngược chiều kim đồng hồ là S


8–42

Đọc tên cấu hình R, S


8–43

Đồng phân quang học • C5 Hợp chất có nhiều trung tâm bất đối • Xét phân tử: aldotetrozơ, nếu ta gọi góc quay của carbon

bất đối thứ nhất là (a), góc quay carbon thứ hai là (b) thì góc quay của phân tử sẽ bằng tổng đại số của các góc quay cực của từng nguyên tử carbon bất đối.

• Có 4 cấu hình, 4 đồng phân quang học

Hai ñoái quang erytro

Ñoàng phaân quang hoïc aldotetrazo

Hai ñoái quang treo

HC 2OH

C OH

OHH

OHH

C OH

HC 2

H

H

OH

OH

OH

C OH

HC 2

H

O HH

OH

OH

HC 2OH

C OH

H

OHH

OH


8–44

• Xét Acid tartric (HOOC – CHOH—CHOH_ COOH), có hai C* nhưng chỉ có 3 đồng phân quang học. Trong đó có một đồng phân meso tạo thành do mặt phẳng đối xứng trong phân tử,

COOH

H OH

H OH

COOH

Enantiomer

Có 3 đồng phân quang học: 2 hoạt động quang học gọi enantiomer và 1 không hoạt động quang học gọi meso


8–45

1.3 Hiệu ứng cấu trúc: Các loại hiệu ứng electron và không gian trong hoá hữu cơ

1.3.1 Hiệu ứng cảm ứng 1 . Khái niệm: Sự dịch chuyển mật độ electron dọc theo

mạch liên kết σ ở trong phân tử gây ra bởi sự chênh lệch về độ âm điện gọi là hiệu ứng cảm ứng (I),

2 Đặc điểm :giảm rất nhanh theo mạch cacbon. 3. Phân loại: 2 loại • Hiệu ứng cảm ứng âm (-I): những nguyên tử gây ra hiệu

ứng cảm ứng bằng cách hút electron về phái mình, người ta gọi là hiệu ứng cảm ứng âm

• Hiệu ứng cảm ứng dương (+I) do nhóm đẩy e

H3C CH2 CH2 COOH H3C CH2 CH COOH

ClKa= 1,54.10-5 Ka= 1,39.10-3

H3C CH CH2 COOH H2C CH2 CH2 COOH

Cl ClKa= 8,9.10-5Ka= 3,0.10-5


8–46

1.3.1 Hiệu ứng cảm ứng 4. Qui luật • Nhóm mang điện tích dương có h. ư -I, điện tích âm có +I • Nhóm ankyl có hiệu ứng +I, càng phân nhánh thì +I càng lớn -CH3 < - CH2CH3 < - CH(CH3)2 < -C(CH3)3

• Hiệu ứng –I tăng theo độ âm điện

-I < -Br < -C l< -F

H-COOH CH3-COOH CH3-CH2-COOHKa= 1,72.10-4 Ka= 1,76.10-5 Ka= 1,34.10-5 Ka= 9,4.10-6

(CH3)3C-COOOH


8–47

1.3.2. Hiệu ứng liên hợp 1) Khái niệm về hệ liên hợp • Khi các liên kết bội ở cách nhau 1 liên kết đơn thì tạo

thành 1 hệ liên hợp gọi là sự liên hợp π-π,

Ví dụ: CH2=CH- CH=CH2 CH2=CH-CH=O

• Khi 1 liên kết bội ở cách 1 obitan pcó cặp e chưa sử dụng một liên kết đơn thì tạo thành 1 hệ liên hợp gọi là sự liên hợp p-π,

Ví dụ: CH2=CH- Cl, C6H5NH2…

• Các electron π hoặc p khi tham gia liên hợp thì không còn cư trú riêng ở 1 vị trị nào mà chuyển động trong toàn hệ liên hợp. Khi các nhóm nguyên tử liên hợp với nhau thì mật độ electron π và p bị thay đổi người ta gọi đó là hiệu ứng liên hợp (C).


8–48

1.3.2 Hiệu ứng liên hợp

2 Khái niệm về hiệu ứng liên hợp • Là hiện tượng phân cực của các liên kết π xãy ra trên hệ

liên hợp, gây nên sự phân bố lại mật độ trên hệ đó • Hiệu ứng liên hợp được ký hiệu bằng chữ C và được biểu

diễn bằng mũi tên cong từ nhóm đẩy e đến nhóm hút e

CH2 CH Clδ

H2C CH CH

CH2δδ

H2C CH CH

CH2

δδ

H2C CH CH

Oδδ

+ C - C - C+ C

+ C- C + C + C

NH2

δ

δ

δ

NO

Oδ

δ

δδ

CHH

H

+ C - Chttp://hhud.tvu.edu.vn

8–49

3 Phân loại : có nhiều cách phân loại + Hiệu ứng liên hợp âm và dương • Hiệu ứng liên hợp âm (-C): -NO2, >-C=O,> C=N, … • Hiệu ứng liên hợp dương (+C): Nguyên tử có cặp

electron p tự do + Hiệu ứng liên hợp động và tĩnh • Hiệu ứng liên hợp tĩnh : có sẵn trong phân tử • Hiệu ứng liên hợp động: xuất hiện do tác động bên ngoài

hoặc trong các tiểu phân trung gian của phản ứng 4. Đặc điểm • Ít thay đổi khi tăng chiều dài của hệ liên hợp • Chỉ phát huy tác dụng trên hệ phẳng, chịu ảnh hưởng của

yếu tố không gian

1.3.2. Hiệu ứng liên hợp


8–50

1.3.2 Hiệu ứng liên hợp

5.Qui luật

+Đối với +C:

•Ion mang điện ích âm có +C hơn nhóm tương tự không mang điện tích : - O- > -OH, -S- > -SH

• -F > -Cl > -Br >- I

• -NH2 > -OH > -F

+ Đối với –C

• >C=O > >C=NH > >C=CH2

• >NR+2 > >C=NR

+ Lưu ý : -C6H5; CH2=CH- có dấu không cố định http://hhud.tvu.edu.vn

8–51

1.3 Hiệu ứng siêu liên hợp (H)

• Bản chất: là hiệu ứng liên hợp của các liên kết σC-H hoặc vòng no nhỏ với các liên kết bội C=C, C≡C cách các liên kết C-H hoặc vòng no nhỏ 1 liên kết đơn

H

HH

C CH = CH2 CH = CH2

•Qui luật:

+ Càng nhiều liên kết C-H thì hiệu ứng +H càng mạnh

+ Hiệu ứng siêu liên hợp phát huy tác dụng mạnh ở trạng thái động


8–52

1.3.4 Hiệu ứng không gian

1.3.4.1 Hiệu ứng không gian loại 1 (SI ) • Là loại hiệu ứng của các nhóm có thể tích lớn làm cản trở

một vị trí hoặc một nhóm chức nào đó

O O

CH3

CH3

1 2 NH2OH

1.3.4.2 Hiệu ứng không gian loại 2 (SII)

Là loại hiệu ứng của các nhóm thế có V lớn làm ảnh hưởng đến sự đồng phẳng của hệ liên hợp, nên làm giảm hiệu ứng liên hợp


8–53

1.4 Phản ứng hữu cơ

1.4.1 Phân loại phản ứng 1) Dựa vào thành phần của chất đầu và cuối : Có 3 loại chính • Phản ứng thế Á(S) • Phản ứng cộng (A) • Phản ứng tách (E) 2) Dựa vào đặc điểm biến đổi liên kết: Có 2 loại chính Phản ưứng đồng ly( tạo gốc tự do là tiểu phân trung gian) Phản ứng dị ly ( tạo ion là tiểu phân trung gian) 3) Dựa vào số tiểu phân tham gia giai đoạn chậm quyết

định tốc độ phản ứng Đơn phân tử Lưỡng phân tử Tam phân tử (ít gặp)


8–54


8–55

1.4.2 KHÁI NIỆM VỀ CƠ CHẾ PHẢN ỨNG 1. Khái niệm Là con đường chi tiết của hệ các chất phản

ứng đi từ chất đầu, qua tiểu phân trung gian họăc trạng thái chuyển tiêp cho đến sản phẩm

2. Phân biệt tiểu phân trung gian và trạng thái chuyển tiếp

a. TTCT : là trạng thái rất không bền của hệ các chất phản ứng, nó không phải là hợp chất hoá học thật sự, luôn ứng với cực đại năng lượng trên giản đồ năng lượng của tiến trình phản ứng

b. Hợp chất trung gian: là hợp chất hoá học thật sự tuy rất không bền,luôn ứng với cực tiểu năng lượng trên giản đồ năng lượng

Ví dụ: gốc cacbo tự do, cacbocation, cacbanion…


8–56

3. Các cơ chế phản ứng thường gặp • Để chỉ một cơ chế phản ứng, người ta thường dùng một

số ký hiệu sau: – S: Phản ứng thế; – A: Phản ứng cộng; – E: Phản ứng tách;

• Tác nhân nucleophin được ký hiệu bằng chữ N và ghi ở chân ký hiệu phản ứng;

• Tác nhân electrophin ký hiệu bằng chữ E và được ghi ở chân ký hiệu phản ứng;

• Tác nhân gốc tự do ký hiệu bằng chữ R và được ghi ở chân ký hiệu phản ứng;

• Các phản ứng đơn phân tử, lưỡng phân tử được ký hiệu bằng các chữ số 1, 2 và ghi dưới dạng số mũ đối với tác nhân


8–57

1.5 DANH PHÁP HỢP CHẤT HỮU CƠ

+ Trước đây khi phát hiện các hợp chất còn ít người ta dùng tên thường ( tên từ nguồn gốc, từ tính chất nào đó của nó..).

+ Hiện nay người ta dùng danh pháp hệ thống, + Giữa tên thường và hệ thống có loại tên nửa hệ thống Trong danh pháp hệ thống IUPAC - Danh pháp thay thế ( thường sử dụng nhất) - Danh pháp gốc-chức, danh pháp cộng…(ít dùng hơn)


8–58

1.5.1 Danh pháp hydrocacbon và gốc hydrocacbon

1 Hydrocacbon no mạch hở và gốc hoá trị 1 a) Hydrocacbon no mạch hở và không phân nhánh • Từ C1-C4 : tên lịch sử • Từ C5 trở lên + phần nền là chỉ số lượng số nguyên tử C theo chữ số

Hylạp + đuôi an Tên chung là ankan •Khi tách 1 H ở đầu mạch ta thu được gốc ankyl tương ứng Đổi đuôi an của ankan thành yl CH4 metan; CH3- metyl


8–59

b) Hydrocacbon no mạch nhánh

• Chọn mạch chính: mạch dài nhất, chứa nhiều nhóm thế nhất, tên của ankan là tên của mạch chính

• Đánh số nguyên tử C trên mạch chính sao cho tổng chỉ số của nhóm thế là nhỏ nhất

• Gọi tên nhóm thế ( nhánh) theo thứ tự vần chữ cái, nếu các nhóm thế như nhau thì gộp lại thành đi( 2), tri(3), tetra (4)…

• Thứ tự gọi : vị trí nhóm thế + tên nhóm thế+ tên hydrocacbon mạch chính

CH3 CH CH2 CH2 CH CH2 CH2CH2 CH CH3

CH3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CH3C2H5

5-etyl-2,9-đimetyldecan http://hhud.tvu.edu.vn

8–60

2.Hidrocacbon không no mạch hở và gốc hoá trị 1

a)Tên của hiđrocacbon có 1,2,3…nối đôi xuất phát từ tên ankan trương ứng chỉ thay đuôi an bằng en, dien, trien…kèm theo chỉ số chỉ vị trí của nối đôi đó.

Mạch chính là mạch cacbon dài nhất và chứa nhiều nhóm thế nhất, cách đánh số ưu tiên sao cho tổng chỉ số của nối đôi là nhỏ nhất,( sau đó nếu tổng chỉ số nối đôi như nhau mới đến tổng chỉ số kể cả các nhóm thế)

• Ví dụ 2-etylbuta-1,3-dien b) Tên của hydrocacbon có liên kết ba cũng xuất phát từ tên

ankan tương ứng thay đuôi an thành in ( 1 lk ba) ,ađiin (có 2 lk ba), triin (3 lk ba)

c) Nếu có cả liên kết đôi và ba thì có đuôi là enin tức là goị tên nối đôi trước, đuôi là nối ba

• CH≡C-CH2-CH=CH2 pent-1-en-4-in


8–61

d) Tên gốc không no hoá trị 1 có đuôi là enyl (chứa liên kết đôi) hoặc inyl ( có chứa liên kết ba) cùng với chỉ số chỉ vị trí của liên kết bội

CH≡C-CH2- prop-2-inyl, ( prop-2-in-1-yl) • Lưu ý IUPAC vẫn dùng tên thường cuả nhiều hợp chất

thường gặp và nhiều gốc thường gặp như etylen, axetylen, vinyl, anlyl…

3) Hyđrocacbon mạch vòng và gốc hoá trị 1 a) Tên hợp chất vòng xuất phát từ tên của hydrocacbon

mạch hở tương ứng thêm tiếp đầu ngữ xiclo b) Tên gốc hoá trị 1 vẫn đựoc goị tương tự ( xiclohexyl…) c) Tên thường của nhiều hyđôcacbon thơm vẫn được dùng

(tolen, styren, mezitylen… d) Tên thường của nhiều gốc hoá trị 1 vẫn được dùng ( ví dụ

phenyl, o-tolyl, benzyl…) http://hhud.tvu.edu.vn

8–62

1.5.2 Danh pháp các dẫn xuất của hydrocacbon

1)Danh pháp thay thế a) Qui tắc chung: -Xác định rõ nhóm chức trong phân tử thuộc dạng tiếp đầu

ngữ ( nhóm loại A) hoặc có thể thuộc loại có thể gọi tiếp đầu ngữ hoặc tiếp vĩ ngữ ( nhóm loại B) tuỳ trường hợp

- Nếu là hợp chất tạp chức thì phải xác định nhóm chức nào là nhóm chức chính để goi dạng hậu tố, còn các nhóm khác phải gọi ở dạng tiền tố

- Đánh số mạch chính ưu tiên chỉ số của nhóm chức chính là nhỏ nhất

- Đối với hợp chất thuộc nhóm loại A gọi như sau vị trí nhóm chức-tên nhóm chức (theo vần a,b,c..)+ tên mạch

chính


8–63

- Đối với hợp chất có nhóm chức loại B: tên mạch chính-vị trí nhóm chức- tên nhóm chức

- Đối với hợp chất tạp chức: tên các nhóm chức dạng tiền tố( theo chữ cái cùng chỉ số chỉ vị

trí)+tên mạch chính+ tên nhóm chức chính • b) Các nhóm chức chỉ được gọi tên ở dạng tiền tố

(Nhóm loại A)

Loại hợp chất Nhóm Tiền tố

Dẫn xuất fluo Dẫn xuất clo Dẫn xuất brôm Hợp chất nitroso Hợp chất nitro Ete

-F -Cl -Br -NO -NO2

-OR

Fluoro- ( hay fluor-) Cloro- ( hay clo-) Bromo ( hay brom) Nitroso- Nitro- R-oxi- (metoxi- etoxi-...)


8–64

c) Các nhóm có tên ở dạng tiền tố và hậu tố (Nhóm loại B)

Loại hợp chất Nhóm Tên tiền tố Tên hậu tố

Axit cacboxylic - Este - Amit - Andehit - Xeton Ancol Amin

-COOH -COOH -COOR -COOR- -CONH2

-CONH2

-CH=O -CHO - C=O -OH -NH2

Cacboxi - R-oxicacbonyl - Cacbamoyl - Fomyl Oxo Oxo Hidroxi amino

Axit…cacboxylic Axit ….oic R-…cacboxylat R…oat …cacboxamit ….amit ….cacbandehit ….al …..on ….ol ….amin


8–65

d) Độ ưu tiên của các nhóm chức trong tên của hợp chất tạp chức

• Theo IUPAC: -COOH > -SO3H > -COOR >- CONH2 > -CH=O > =C=O > - OH > -NH2 > OR > Ankyl • Trong phân tử hợp chất tạp chức, nhóm chức chính là

nhóm chức có độ ưu tiên cao nhất. • Thí dụ: HOCH2-CH(NH2)-COOH : axit 2-amino-3-hydroxipropanoic

• CH3-CO-C(Cl)=CH-CH(CH3)-CH2OH: 3-cloro-6-hidroxi-5-metylhex-3-en-2-on


8–66

2. Danh pháp gốc -chức ( Danh pháp loại chức)

• Loại danh pháp này thường được sử dụng đối với các hợp chất hữu cơ không phức tạp. Theo danh pháp này tên các hợp chất hữu cơ gồm 2 bộ phận chính là gốc và nhóm chức

Hợp chất Công thức

Tên chung Thí dụ

Dxuất halogen Ancol Ete Xeton Halogenua axit

R-X R-OH R-O-R R-CO-R R-CO-X

Ankyl halogenua Ancol ankylic Điankyl ete Điankyl xeton Axyl halogenua

CH3Br metyl bromua C2H5OH ancol etylic (C2H5)2O đietyl ete CH3COC2H5 etyl metyl xeton CH3CO-Cl axetyl clorua

3. Danh pháp thường Đối với các hợp chất đơn chức và hidrocacbon tương đối ít dùng nhưng hợp chất tạp chức và hợp chất dị vòng người ta thường dùng hơn các loại danh pháp khác http://hhud.tvu.edu.vn

CHƯƠNG II: HYDROCACBON


2.1 HYDROCACBON NO ( Ankan và xicloankan)

• Là các hydrocacbon trong phân tử chỉ có nguyên tử cacbon sp3 do đó chỉ có liên kết đơn.

• Phân loại: có 2 loại + mạch hở là ankan có công thức chung là

CnH2n+2 (n≥1) + hydrocacbon mạch vòng là xicloankan

công thức chung là CnH2n( n≥3)


2.1.1 Cấu trúc phân tử 1. Ankan

• Do nguyên tử Csp3, góc hoá trị ≈ 109028’, nên mạch ziczăc và tồn tại chủ yếu ở dạng xen kẻ vì đó là cấu dạng bền

• Các liên kết C-C và C-H không phân cực hoặc phân cực yếu. Do năng lượng liên kết khá lớn ( khoảng 350- 400 kj/mol) nên nói chung có khả năng phản ứng kém và phản ứng thường xãy ra theo kiểu đồng ly

2. Xicloankan • Vòng 3, 4 nguyên tử C kém bền vì góc hoá trị CCC lệch

nhiều so với 109,50, • Vòng 5 và 6 nguyên tử C (xiclopentan, xiclohexan) bền

và xiclohexan tồn tại chủ yếu ở dạng ghế là dạng bền nhất của phân tử


2.1.2 Tính chất vật lý • Trạng thái : từ C1 → C4 là chất khí, C5 →C19 là chất lỏng,

từ C=20 trở lên là chất rắn. Nói chung khi M tăng thì nhiệt độ sôi và nóng chảy tăng, càng phân nhánh làm cho nhiệt độ sôi giảm đi.

• Các ankan đều nhẹ hơn nước, khối lượng riêng tăng dần theo mạch C nhưng nói chung d ≤ 0,8 (g/ml)

• Các ankan đều không tan trong nước hoặc tan không đáng kể trong nước nhưng chúng tan nhiều trong dung môi hữu cơ, bản thân chúng cũng là dung môi hoà tan tốt các chất béo và nhiều chất hữu cơ.


2.1.3 Tính chất hoá học

• Khả năng phản ứng rất kém, ở điều kiện thường không tác dụng với axit, bazơ, chất oxi hoá, kim loại… nên ankan còn được gọi là parafin

• Các phản ứng hoá học thường xãy ra ở nhiệt độ cao, có chiếu sáng, chất khơi mào hoặc xúc tác và hầu hết theo kiểu đồng ly

• Phản ứng đặc trưng nhất là phản ứng thế theo cơ chế gốc SR


1) Phản ứng thế hyđro bằng halogen a -Sơ đồ phản ứng R-H + X2 → R-X + HX (ánhsáng hoặc nhiệt độ)

Ví dụ clo hoá metan CH4 + Cl2 → CH3Cl + CH2Cl2+ CHCl3 +CCl4 + HCl b-Cơ chế thế gốc tự do (SR), có 3 giai đoạn: Khơi mào, phát triển mạch và tắt mạch c- Khả năng phản ứng + Nguyên tử H ở cacbon càng cao thì càng dễ thế + Flo cho phản ứng huỷ là chủ yếu, iôt khả năng phản ứng

kém, thực tế thường clo hoá hoặc brom hoá


+ Tính % các sản phẩm đồng phân ri.ni

ai % = 100 ∑.ri.ni

Trong đó • ai là % đồng phân, • ni là số nguyên tử H tương đương nhau ở cacbon bậc i • ri là khả năng phản ứng tương đối của H ở C bậc i • Ví dụ Khi clo hoá propan cho 2 sản phẩm monoclo. Tính

% các sản phẩm đó biết khả năng phản ứng tương đối của H ở C bậc 1 là 1, của bậc 2 là 3


d) Phản ứng của xicloankan với halogen và một số hợp chất khác

• Khả năng phản ứng phụ thuộc vào độ lớn của vòng, vòng 3 cạnh có phản ứng cộng, vòng 5,6 cạnh có phản ứng thế tương tự ankan

Phản ứng xiclopropan xiclobutan xiclohexan propan

+ Br2, hν

+ HBr + H2, ,Ni

1,3-dibrom Propan

Brompropan propan

Brom Xiclobutan

- butan

Brom Xiclohexan

- -

2-brom propan

- -


2. Phản ứng tách

a) Đehydro hoá: Xúc tác Cr2O3, Cu, Pt…các ankan mạch ngắn bị đehydro hoá C2H6 → C2H4+ H2 CH3-CH2-CH2CH3→ CH3-CH=CH-CH3 (sp chính) + H2 CH2=CH-CH2-CH3 CH4 → C + 2H2 (10000C) 2CH4 → C2H2 + 3 H2 (15000C) b) Crăckinh: tạo hỗn hợp các hydrocacbon mạch ngắn -Nhiệt phân (≥ 6500C) -Crăckinh xúc tác (≤ 4500C-5000C) -Rifocminh: tạo mạch nhánh, hợp chất vòng


3) Phản ứng oxi hoá a) Oxi hoá hoàn toàn: Dùng làm nhiên liệu CnH2n+2 + (3n+2)/2O2→ nCO2 + (n+1) H2O + Q b) Oxi hoá không hoàn toàn: Tuỳ điều kiện phản ứng cho sp khác nhau

+Ví dụ CH4 + O2

CH4

O2 k.k

200 atm, 3000C, Cu

5000C, Ni

HCH=O + H2O

CO2 + 2H2

C + 2H2OThi eu khong khi


+ Oxi hoá butan có muối mangan xúc tác

CH3-CH2-CH2-CH3 + O2 (kk) → 2CH3 COOH

+ oxi hoá xiclohexan

O2, 40atm1500C

O2, NO

ZnO,t0

nilon-6

nilon 6,6

......

.....xiclohexanon

O

OH

polihexametylenadipamit


2.1.4 Điều chế, ứng dụng

1. Điều chế -Trong công nghiệp: Từ khí thiên nhiên, khí dầu

mỏ, dầu mỏ… - Trong phòng thí nghiệm: + Từ hidrocacbon không no + H2 (xtNi) + Từ dẫn xuất halogen + Na + Từ xeton 2. Ứng dụng: làm nhiên liệu, nguyên liệu cho

công nghệ hoá học


2.2 HYĐROCACBON KHÔNG NO • Là loại hyđrocacbon chứa liên kết bội cabon-

cacbon, phân tử có cấu trúc mạch hở. • Ta phân biệt hợp chất có 1 liên kết đôi (anken,

CnH2n , n≥2), nhiều nối đôi (polien), một nối ba (ankin, CnH2n-2, n≥2), nhiều liên kết ba (poliin)…


2.2.1 Cấu trúc phân tử 1. Anken • Có Csp2, có 1 liên kết sigma bền và 1 liên kết pi kém bền,

các góc hoá trị CCH và HCH khoảng 120 0

• Ví dụ phân tử C2H4

Nguyên tử Csp2 có độ âm điện lớn hơn Csp3, hai nguyên tử Csp2 liên kết với nhau không thể quay tự do được, do đó có xuất hiện đồng phân hình học nếu mỗi nguyên tử C ở liên kết đôi liên kết với các nhóm thế khác nhau.


2. Ankadien Phân tử có hai liên kết đôi, 2 liên kết đôi có thể liền

nhau (như anlen), hoặc ở xa nhau và nếu hai liên kết đôi cách nhau 1 liên kết đơn ta có loại dien liên hợp, khi đó liên kết đôi ở ankadien dài hơn liên kết đôi của ankadien không liên hợp, còn liên kết đơn lại ngắn hơn trong ankan

3. Ankin: Phân tử có 2 liên kết pi, do lai hoá đường thẳng nên

axetilen có cấu tạo thẳng, liên kết 3 ngắn hơn liên kết đôi, độ âm điện của Csp lớn hơn Csp2


2.2.2 Tính chất vật lý: xem tài liệu 2.2.3 Tính chất hoá học 1. Cộng H2

Phản ứng toả nhiệt, cần xúc tác Ni, Pt, Pd… • Anken: cho ankan xt Ni

• Ankin: sản phẩm chính của phản ứng tuỳ thuộc xúc tác

nếu xúc tác Pd/PbCO3 cho anken, Ni cho ankan

• Ankadien: khi có xt Pd thì cho anken CH2=CH-CH=CH2 + H2→ CH2=CH-CH2-CH3 (sp phụ) CH3-CH=CH-CH3(sp chủ yếu) Nếu có xt là Ni cho ankan


2. Phản ứng cộng electrophin a) Anken • Sơ đồ phản ứng . >C=C< + X-Y → >CX - CY< Trong đó X-Y : H-Hal; H-OH, HO-SO3H, Br-Br... • Cơ chế : AE Phản ứng 2 giai đoạn trong đó giai đoạn chậm là tạo

cacbocation

Y δ−δ+ C-Y-

C

X

hay C C

X

chamC=C X+

nhanh+Y-

C - C

X

Y

Thí dụ

CH2=CH2 + HBr CH3-CH2+ CH3-CH2Br

cham nhanh

+Br-http://hhud.tvu.edu.vn

● Hướng cộng của phản ứng : theo qui tắc Maccôpnhicôp : Trong phản ứng

cộng electrophin, hướng phản ứng ưu tiên theo hướng tạo cacbocation trung gian bền vững nhất

CH3-CH=CH2 + HBr

CH3-CH+-CH3 CH3-CHBrCH3 (sp chinh)cham

nhanh+Br-ben

it benCH3-CH2-CH2

+ CH3-CH2-CH2Br ( sp phu)-Br-

+Br-

nhanh


• Khả năng phản ứng của anken: Nếu C=C liên kết với nhóm đẩy e khả năng phản ứng

tăng,liên kết với nhóm hút e knpư giảm CH2=CH-COOH < CH2=CH-Cl < CH2=CH2 < CH2=CH-CH3 < CH2= C(CH3)2 • Khả năng phản ứng của H-Hal: HI > HBr > HCl > HF • Lưu ý: Khi cộng HBr có peroxit: cho sp có hướng cộng

trái Maccôpnhicôp vì phản ứng xãy ra theo cơ chế cộng gốc tự do AR CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CH2CH2Br Nếu không có peoxit hoặc chất tạo gốc khác thì hướng

cộng theo Maccôpnhicôp


b) Đối với ankin: -Phản ứng xãy ra tương tự anken về cơ chế, hướng của phản ứng và ảnh hưởng của nhóm thế đến khả năng phản ứng. - So với anken thì khả năng phản ứng của ankin thấp hơn một ít + CH3-C≡CH > CH≡CH > CH ≡C-COOH + CH2= CH2 > CH ≡ CH Ví dụ

CH≡ C-CH=CH2 + Br2 → CH≡C-CHBr-CH2Br (1mol) (1mol)


C) Đối với ankadien: • Phản ứng cộng X2, HX tạo hỗn hợp 2 sản phẩm.

CH2=CH-CH=CH2 +Br2

CH2Br-CH2Br-CH=CH2 + CH2Br-CH=CH-CH2Br 80% 20%

CH2Br-CH2Br-CH=CH2 + CH2Br-CH=CH-CH2Br 20% 80%

-80OC

400C


3. Phản ứng cộng đóng vòng Đinxơ-Anđơ

CH

CH2

CHCH2

CH2

CH2

+ 200oCCH

CH2

CH2

CHCH2

CH2

butadien (s-cis)

etylen xiclohexen


4. Phản ứng trùng hợp a) Anken; xt, t0,tạo polime tương ứng

nCH2=CH-CH=CH2

TiCl4.Al(C2H5)3

nCH2-CH=CH-CH2

1,3-butadien polibutadien

b) Ankadien: cho sản phẩm là polime, để điều chế cao su

n CH2=CH2TiCl4.Al(C2H5)3

20- 30 atm netylen polietylen( PE)

CH2 CH2

c. Ankin

CH=CH

Cu2Cl2+ NH4Cl, 80oC

C, 600oC

CH2=CH-C=CHbut-1-en-3-in

C6H6http://hhud.tvu.edu.vn

CCl4, 0-25oC CH2=CH25000C

CH2= CH-Cl + HCl1,2-dicloetan vinylclorua

Cl-CH2-CH2-Cl

a) Anken:

Tuỳ điều kiện chất phản ứng và cách tiến hành cho sản phẩm khác nhau

Ví dụ

nhưng CCl4, 0-25oC CH2=CH-CH3

5000CCH2= CH-CH2Cl + HCl

1,2-diclopropanCl-CH2-CHCl-CH3

anlyl clorua

5. Phản ứng thế


b) Ankin

Ankin -1: tham gia phản ứng thế H bằng một số kim loại

CH=CH

NaNH2/ NH3 long

Ag(NH3)2 OH

Cu(NH3)2+

Cu-C=C-Cu

Ag-C=C-Ag

Na-C=C-Na


6. Phản ứng oxi hoá

a) Oxi hoá hoàn toàn- đốt cháy trong không khí b) Oxi hoá không hoàn tòan anken, ankin + KMnO4loãng, nguội:làm mất màu dd KMnO4

CH2=CH2 + KMnO4 CH2OH-CH2OH + MnO2 +KOH

CH=CH + KMnO4 CHOH=CHOH

O=CH-CH=OO=CH-COOHHOOC-COOH

HO-CH2-CH=O


+ KMnO4 đặc nóng, hoặc trong môi trường axit:

• Tạo thành sản phẩm là axit, xeton hoặc cả hai loại trên tuỳ thuộc vào bậc của nguyên tử cacbon ở liên kết đôi

R-CH=CH-R' KMnO4 R-COOH + R'COOH

R-CH=CR2KMnO4 R-COOH + R-CO-R

R2C=C R'2KMnO4 R-CO-R + R'-CO-R'


+ Tác dụng với ozon, sau đó khử bằng Zn (p/ư ozon phân) • Cho sản phẩm là andehit, xeton hoặc cả hai loại trên tuỳ

thuộc vào bậc nguyên tử C ở liên kết đôi

R-CH=CH-R' O3 R-CH CH-R'

R-CH=CR21)O3 R-CHO + R-CO-R

R2C=C R'2 R-CO-R + R'-CO-R'

O O

OR-CH=O = R'-CHO

Zn/CH3COOH

2) Zn/CH3COOH

1)O3

2) Zn/CH3COOH

ĐẶC BIỆT CH2= CH2+ 1/2O2

PdCl2, CuCl2, 1000CCH3-CH=O


2.2.4 Điều chế-Ứng dụng

1) Điều chế a) Anken - CN: etylen, propen,buten: từ khí dầu mỏ và khí lò cốc - PTN: tách nứơc từ ancol và tách HX từ dẫn xuất halogen

Ví dụ:

CH3-CH2-CH(OH)-CH3H2SO4, tO CH3CH=CH-CH3 + CH2=CH-CH2-CH3 + H2O

CH3-CH2-CHCl-CH3KOH/ C2H5OH CH3CH=CH-CH3 + CH2=CH-CH2-CH3 + HCl

HƯỚNG TÁCH THEO QUY TẮC ZAIXEP: OH hoặc X tách cùng với H ở C bậc cao bên cạnh tạo olefin có nhiều nhóm thế ở liên kết đôi


b) Ankadien • 1,3- butadien

CH3-CH2-CH2-CH3

2C2H5-OH

Cr2O3/Al2O3,600-6500Cbuten

CH2 = CH - CH = CH2 + H2

CH2 = CH - CH = CH2 + 2H2O + H2ZnO; MgO& Al2O3

● isopren CH3-CH2-CH-CH3 Cr2O3/Al2O3,

600-6500CCH2 = CH - C = CH2 + 2H2

CH3 CH3


c) Ankin • Đ/c Axetylen: Từ cacbua canxi và từ metan • Các đồng đẳng axtylen: từ axetylen

CaCO3

10000C

-CO2CaO

C

-COCaC2

H2O-Ca(OH)2

C2H2

2 CH415000C CH = CH + 3H2

CH = CHNaNH2

-NH3NaC = CH R-C = CH

R-X

-NaX

Ứng dụng: Xem tài liệu

Chất tiêu biểu: Xem tài liệu http://hhud.tvu.edu.vn

2.3 HYĐROCACBON THƠM 2.3.1 Cấu trúc của phân tử benzen và khái niệm về vòng thơm 1. Cấu trúc của phân tử benzen Các ng tử C ở trạng thái lai hoá sp2, và góc hoá trị đều 1200


2. Cấu trúc của vòng thơm- khái niệm tính thơm a) Cấu trúc • Vòng có cấu tạo phẳng và có hệ liên hợp vòng kính • Hệ liên hợp vòng kín đó có số eπ hoặc ep cặp đôi đều

và thoả mãn qui tắc Hucken: k=4n+2 (n=0,1,2…) • Ví dụ

b) Khái niệm tính thơm:

Tính thơm là tính chất của các hệ liên hợp vòng kín, khi mở vòng năng lượng của hệ tăng lên, dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng và oxi hoá. Các nhóm thế trong vòng có ảnh hưởng và đặc trưng đối với tính chất của vòng


2.3.2 Tính chất vật lý 2.3.3 Tính chất hoá học 1. Phản ứng thế electrophin ở nhân thơm a) Sơ đồ:

Ar-H + Zδ- –Eδ+ → Ar-E + H-Z Trong đó Z-E có thể là Br - Br ( xt FeBr3,,AlBr3…) HO -NO2 HO - SO3H HO - R Cl - CO-R (xt: AlCl3)


b) Cơ chế: SE2(Ar) Có nhiều giai đoạn , giai đoạn chậm tạo phức σ

+ E+cham

H E

nhanh

E

+ H+

Benzen phức σ sản phẩm thế c) Quy luật thế

c1) Phân loại nhóm thế: Chia thành 3 loại: loại 1,2 và hỗn tạp

+ Loại 1 (nhóm định hướng octo và para) các nhóm có +I, +C, +H

Gồm : ankyl, OH, NH2, OR, NHR, các halogen…

+ Loại 2 ( nhóm định hướng meta) có các hiệu ứng –I, -C:

-+NR3; - NO2; -CHO; -NO2 ; -COOH…

+ Hỗn tạp: không ưu tiên định hướng rõ rệt:- NO, - CH2-NO2 http://hhud.tvu.edu.vn

C2 ) Qui luật thế

• Khi có 1 nhóm thế:

• Khi có 2 nhóm thế trở lên

CH3

+ HNO3

CH3 CH3

NO2

NO2+

+ H2O

NO2

+ HNO3

NO2

NO2

+ H2O

OH

+ HNO3

OHOH

NO2

++ H2O

OH

+ HNO3

OH

+ H2O

NO2NO2 NO2

O2N

CH3 CH3

NO2


2. Phản ứng cộng: khó khăn

a) Cộng H2: xt Ni

+ 3 H2Ni

1500C

b) Cộng halogen: thường với Clo, brom

+ 3 Cl2 as

ClCl

Cl

Cl

Cl

Cl


3) Phản ứng oxi hoá

a) Phản ứng cháy: toả nhiệt, nhiều khói b) Oxi hoá không hoàn toàn:

benzen không bị oxi hoá ở điều kiện thường, nhưng ở nhiệt độ cao, xt thì bị oxi hoá không hoàn toàn với chất oxi hoá là oxi

+ 9/2 O2V2O5

400-4500C

C

CO

O

Oanhydrit maleic


4.Các phản ứng ở nhánh cuả ankylbenzen

a) Halogen hoá mạch nhánh Thế chủ yếu ở vị trí α, có as, chất phản ứng là Clo, brom

CH3

CH2CH2CH3

CH2Cl

CH2Cl-CH2CH3

+ Cl2

+ Cl2 + HCl

+ HCl

b) Oxi hoá mạch nhánh: sản phẩm là axit thơm

CH3

CH2CH2CH3

COOKKMnO4 H+

COOH

KMnO4

COOK

H+

COOH


3.3.5 Điều chế- ứng dụng

1) Điều chế • CN: benzen, toluen, naphtalen: chưng cất từ nhựa than đá • Điều chế benzen và toluen bằng phản ứng đehydro hoá-

đóng vòng từ n-ankan tương ứng • Từ toluen + H2 ,nhiệt độ chuyển thành benzen và metan • Điều chế các đồng đẳng của benzen từ benzen bằng

phản ứng ankyl hoá Friedel-Craft 2) Ứng dụng: Xem tài liệu 3.3.6 Chất tiêu biểu: xem tài liệu


CHƯƠNG 3 DẪN XUẤT CỦA HYDROCACBON


3.1 DẪN XUẤT HALOGEN

-Khái niệm: Khi thay thế 1 hoặc nhiều nguyên tử H của hydrocacbon bằng 1 hay nhiều nguyên tử halogen ta được dẫn xuất halogen

-Phân loại: + Tuỳ thuộc vào bản chất của halogen là F,Cl, Br, I mà ta

có dẫn xuất florua, clorua,…tương ứng + Tuỳ thuộc vào bản chất của gốc hydrocacbon là no,

không no, thơm… ta có dẫn xuất halogen tương ứng + Tuỳ thuộc vào số lượng nguyên tử halogen trong phân tử

là 1,2,3… mà ta có dẫn xuất môn halogen, đihalogen….tương ứng


3.1.1 Tính chất vật lý ( xem tài liệu) 3.1.2 Tính chất hoá học Trung tâm phản ứng là liên kết C-Hal. Tuỳ thuộc vào bảnt

chất của halogen và cấu tạo của R- mà đôi phân cực của liên kết này khác nhau.

- Nếu cùng bản chất gốc hydrocacbon (R-) thì khả năng phản ứng phụ thuộc vào bản chất halogen: RI > RBr > RCl >> RF

- Nếu cùng bản chất halogen thì chia khả năng phản ứng thành 3 loại:

+ Nhóm có khả năng phản ứng trung bình: ankyl halogenua, xicloankyl halogenua

+ Nhóm có khả năng phản ứng cao: Anlyl halogenua, benzyl halogenua

+ Nhóm có khả năng phản ứng thấp: vinyl halogenua và phenyl halogenua

• Các loại phản ứng điển hình của dẫn xuất halogen là thế nucleophin, phản ứng tách và tác dụng với kim loại http://hhud.tvu.edu.vn

1. Phản ứng thế

• Phản ứng thế chủ yếu theo cơ chế nucleophin SN

a -Sơ đồ: Y(-) + Rδ+ - Xδ- → Y –R + X-

b- Một số phản ứng thường gặp: • R-X + OH- → R-OH + X-

• R-X + R’-ONa → R-O-R’ + X-

• R-X + NH3 → R-NH2 + HX • R-X + CN- → R-CN + X-


c-Cơ chế phản ứng: thường theo kiểu đơn phân tử (SN1) hoặc lưỡng phân tử (SN2)

• Phân biệt SN1 và SN2: (số giai đoạn, phương trình động học, hoá lập thể)

• Khả năng phản ứng: Nếu gốc R bậc 3

chủ yếu theo SN1 ,còn R bậc 1 thì SN2, nếu R là bậc 2 thì có sự cạnh tranh gữa 2 loại cơ chế trên


2. Phản ứng tách hydro halogenua

• Khi cho dẫn xuất halogen tác dụng với kiềm trong ancol cho ta chủ yếu là hydrocacbon chưa no: CH3-CH2Cl + NaOH ( trong etanol) → CH2=CH2 +

NaCl + H2O a) Khả năng phản ứng: RI > RBr > RCl >> RF b) Hướng tách: Theo qui tắc Zaixep: Trong phản ứng

tách nucleophin, Hal sẽ tách ra cùng với H nào ở C bên cạnh bậc tương đối cao hơn, tạo ra olefin có nhiều nhóm thế hơn CH3-CH(Br)- CH2-CH3 + NaOH/etanol → NaCl+ H2O+ CH3-CH=CH-CH3 (81%) + CH2=CH-CH2-CH3 (19%)


3. Phản ứng với kim loại: • Tuỳ theo bản chất của kim loại mà khi dẫn xuất

halogen tác dụng với kim loại cho các sản phẩm khác nhau

-Tác dụng với Li, Mg (trong ete) cho hợp chất cơ kim

RX + 2Li → RLi + LiX RX + Mg → RMgX - Tác dụng với Na cho hydrocacbon mạch dài 2 RX + 2Na → R-R + 2NaX • Về khả năng phản ứng: R-I > R-Br > R-Cl


3.1.3 Phương pháp điều chế a) Halogen hoá trực tiếp hydrocacbon

+ Ankan : thế H ở C bậc cao, as, to + Anken: thế H vị trí alyl, cộng HX theo Maccopnhicop + Ankin: cộng HX theo Maccopnhicop + Aren: Thế ở nhân ( xt Fe, Al...) Thế ở nhánh b) Đi từ ancol : tác dụng với HX (X: Cl, Br, I) có xúc tác ZnCl2 c) Dẫn xuất của Flo: Điều chế bằng con đường

gián tiếp R-I + AgF → R-F + AgI


3.2 HỢP CHẤT CƠ NGUYÊN TỐ

3.2.1 Khái niệm về hợp chất cơ nguyên tố Là loại hợp chất có liên kết C-Z (Z là các ng tố

khác trong HTTH trừ C,H,O,N,S và Halogen) -Phân loại: + Hợp chất cơ kim : có liên kết C- Kim loai: phổ

biến nhất là cơ magiê, cơ kẽm, cơ liti, cơ thuỷ ngân

+ Cơ phi kim: có liên kết C- phi kim loại , Phổ biến nhất là cơ P, cơ Si


3.2.2 Hợp chất cơ magiê

1) Phương pháp điều chế:Cho dẫn xuất halogen tác dụng với Mg trong ete khan :

RX + Mg/ete khan → R MgX ( X: Cl, Br, I)


2) Tính chất hoá học a) Tác dụng với hợp chất có H linh động: Tạo hydrocacbon và hợp chất chứa Mg tương ứng

(H2O, ancol, amin, axit...): dùng để định tính và định lượng hợp chất có H linh động)

RMgX + H2O → RH + Mg(OH)X RMgX + R‘OH → RH + Mg(R‘O)X RMgX + NH3 → RH + Mg(NH2)X RMgX + R‘COOH → RH + R‘COOMgX


b) Phản ứng cộng với hợp chất cacbonyl và nitrin

Phản ứng thường có 2 giai đoạn RMgX + R’’-CO-R’ → R-C (OMgX)R’R’’

R-C(OMgX)R’R’’ + H2O→ RR’R’’C-OH + Mg(OH) X + T/d vớiCO2 sau đó thuỷ phân cho axit tăng 1 C +T/d với HCHO sau đó thuỷ phân cho ancol bậc 1 thêm 1C + T/d với các andehit khác, thuỷ phân : cho ancol bậc 2 + Xeton, thuỷ phân: cho ancol bậc 3 : Dùng điều chế liên kết C-C mới

3.2.3 Hợp chất cơ photpho ( xem tài liệu)


3.3.ANCOL-PHENOL 3.3.1 Khái niệm- phân loại

1. Khái niệm: Khi thay thế 1 hoặc 1 vài nguyên tử H trong hydrocacbon

bằng OH ta có dẫn xuất hydroxi của hydrocacbon 2. Phân loại: + Tuỳ thuộc vào bản chất của gốc hydrocacbon liên kết

trực tiếp với nhóm OH mà ta chia thành : - Phenol: Khi OH liên kết trực tiếp với C của nhân thơm - Ancol : Các hợp chất hydroxi còn lai Trong ancol: + Tuỳ bản chất của R là no, không no, thơm mà ta có loại

tương ứng + Tuỳ theo bậc nguyên tử C liên kết với OH là C bậc 1,2,3

mà ta có bậc của ancol tương ứng + Tuỳ theo số lượng nhóm OH là 1,2,3…ta có monoancol,

diancol…tương ứng http://hhud.tvu.edu.vn

3.3.2 Tính chất vật lý( xem tài liệu) 3.3.3 Tính chất hoá học 1.Tính axit. Phản ứng tạo muối a) Nguyên nhân tính axit: - Do liên kết O-H phân cực - Khi tách H+ tạo anion khá bền b) So sánh tính axit: Phenol > nước> ancol bậc 1> ancol bậc 2> ancol bậc 3 c) Các phản ứng cụ thể + Ancol tác dụng Na: R-OH + Na→ R-ONa + 1/2 H2 + Sự thuỷ phân của ancolat do ancol là axit yếu hơn nước: RONa + H2O→ ROH + NaOH + Phenol tác dụng NaOH: NaOH + C6H5OH → C6H5ONa + H2O + Phenolat tác dụng CO2 : Do tính axit của phenol yếu

hơn axit cacbonic (nấc 1), còn mạnh hơn nấc thứ 2 C6H5ONa + CO2 + H2O →C6H5OH↓ + NaHCO3 http://hhud.tvu.edu.vn

2. Phản ứng tạo ete và este a) Phản ứng tạo ete

+ Ancol: có H2SO4 xt,t0 2ROH → R-O-R + H2O + Phenol: từ phenolat+ dx halogen C6H5ONa + RX →C6H5-O-R + NaX b) Tạo este: + Cho ancol tác dụng với axit - este vô cơ: ROH + HO-NO2⇌ RO-NO2 + H2O - este hữu cơ (xt H+): ROH + R’COOH ⇌R’COOR + H2O + Phenolat tác dụng anhidrit axit hoặc clorua axit C6H5ONa + RCOCl →C6H5-O-COR + NaCl


3. Phản ứng tạo dẫn xuất halogen:

Cho ancol tác dụng với HX,PX3 ,PX5… • R OH + HX ⇌ R X + H2O ( xt ZnCl2) • 3R-OH + PBr3 → 3RBr + H3PO3 • R-OH + PCl5 → R-Cl + POCl3+ HCl • ROH + SOCl2 → R-Cl + SO2 + HCl


4. Phản ứng đehydrat hoá tạo anken

+ xt axit, t0 cao + Hướng tách theo Zaxep Ví dụ: H2SO4, 170

0C

CH3CH(OH)-CH2CH3 CH3CH=CH-CH3 ( chinh)

+ CH2=CH-CH2-CH3 ( phu)+H2O


5. Các phản ứng đehydro hóa và oxi hoá a) Phản ứng đehdro hoá (xt Cu, 200-3000C) :

+ Ancol bậc 1: tạo andehyt + Ancol bậc 2: tạo xeton + Ancol bậc 3 : đehyđrat hoá tạo anken ( nhưng

khó hơn) b) Phản ứng oxi hoá : ancol bậc 1 ,2 dễ , bậc 3

khó khăn + Bậc 1,2 : tạo andehit và xeton tương ứng + Bậc 3: cắt mạch, tạo hỗn hợp axit hoặc xeton+

axit + Phenol bị oxi hoá dễ hơn ancol


6. Phản ứng ở nhân thơm :

a) Phản ứng thế : phênol dễ thế theo cơ chế SE

+ Phản ứng với Brôm: Dùng nhận biết phenol + Nitro hoá: Cho sp thế octo và para b) Phản ứng ngưng tụ : với HCHO (xt ) tạo nhựa

phenol fomandehit + Xúc tác axit : mạch thẳng + Xúc tác kiềm : cấu trúc không gian 3 chiều


3.3.4 Phương pháp điều chế 1. Hyđrat hoá anken (xt axit, cộng theo

Maccopnhicôp) 2.Thuỷ phân dẫn xuất halogen( xt OH-) 3.Khử hợp chất cacbonyl: H2/Ni, LiAlH4, NaBH4… 4.Từ hợp chất cơ Mg 5.Phương pháp điều chế phenol + Từ nhựa than đá, + Phương pháp từ Cumen, + Phương pháp kiềm chảy benzensunfonat

natri)… • 3.3.5 Chất tiêu biểu ( xem tài liệu)


3.4 ANDEHYT-XETON ( hợp chất cacbonyl)

• Khái niệm, phân loại • Khái niệm: là hợp chất hữu cơ chứa nhóm chức hóa trị 2

>C=O gọi là nhóm cacbonyl. Nhóm này còn có tên là oxo nên hợp chất cacbonyl còn gọi là hợp chất oxo

• Phân loại - Nếu nhóm >C=O liên kết với 1 gốc R và 1 nguyên thử H

là andehit, còn với 2 nhóm R là xeton - Tùy thuộc vào bản chất của R là no, không no, thơm...mà

ta có hợp chất cacbonyl tương ứng - Tùy thuộc vào cố lượng nhóm C=O trong phân tử là

1,2,3... mà ta có hợp chất monocacbonyl, đicacbonyl....tương ứng


3.4.1 Tính chất vật lý: xem tài liệu 3.4.2 Tính chất hoá học • 1. Đặc điểm của nhóm cacbonyl: • C ở trạng thái lai hóa sp2, góc hóa trị 1200 • Do oxi có độ âm điện hơn C nên liên kết C=O

luôn phân cực về phía Oxi và C=O là trung tâm p/ứ của h/c cacbonyl.

• Có 3 loại phản ứng chính: - Phản ứng cộng ( đơn thuần và cộng tách) - Phản ứng thế ở gốc R - Phản ứng oxi hóa khử


2. Phản ứng cộng nucleophin a) Sơ đồ RR’ C=O + H-Y → RR’=C(OH)-Y

hoặc X-Y → RR’=C(OX)Y Trong đó: H-Y là H-OH; H-OR; H-CN; HSO3Na X-Y là R-MgX, CH≡C-Na... b) Cơ chế: 2 giai đoạn, gđoạn chậm là tạo oxanion chậm O- RR’ C=O + X-Y → R-C -Y + X(+)

R’’ nhanh OX R- C - Y R’’ • Khả năng phản ứng : andehyt> xeton... c) Một số phản ứng cụ thể: cộng HCN, NaHSO3., cơ Magiê


3. Phản ứng ngưng tụ andol và crotôn hóa • Xúc tác axit , baz

2CH3CH=O → CH3-CH(OH) CH2-CH=O (xt: H+, OH-) andol CH3-CH(OH) CH2-CH=O →CH3CH=CH-CH=O + H2O

andehit crôtonic 4. Thế oxi của nhóm cacbonyl ( Với dẫn xuất 1 lần thế của amoniăc) -Sơ đồ phản ứng (+) NH2-Z NH-Z

>C=O + H-NH-Z → >C-O(-) → >C-OH → >C=N-Z + H2O +Phản ứng cụ thể Với H2N-NH2, H2N-OH, H2N-NH-C6H5, H2N-OH...


5. Phản ứng khử -Andehyt khử thành ancol bậc 1, xeton khử thành ancol bậc 2 -Tác nhân khử thường dùng (H2/Ni, LiAlH4...) R-CH=O + [H] RCH2OH R-CO-R’ + [H] R-CHOH-R’ Lưu ý : các chất khử như LiAlH4, NaBH4 chỉ khử nhóm C=O

còn liên kết đôi C=C và liên kết ba C≡C không bị khử. Người ta lợi dụng phản ứng này để điều chế ancol không no


6. Phản ứng oxi hóa

• a) andehyt: với thuốc thử tolens, fêling, các chất oxi hóa khác

• R-CHO +2[Ag(NH3) ]OH→ RCOONH4 +2Ag + 3NH3 + H2O

• RCHO + Cu(OH)2 → RCOOH + Cu(OH) + H2O

2Cu(OH)2 → Cu2O + H2O • b) Xeton: khó chỉ với các chất oxi hóa mạnh trong axit, nhiệt

độ cao tạo các axit mạch ng CH3-CO-CH2-CH3 + KMnO4 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 +

CH3COOH+ CH3CH2COOH + CO2 + H2O


• 7. Phản ứng ở gốc hydrocacbon • a) Thế Hα ở gốc hydrocacbon ( trong

kiềm, axit) • b) Thế vào nhân thơm


Phương pháp điều chế

• 1. Dehydrohóa hoặc oxi hóa ancol • a) ancol bậc 1 • b) ancol bậc 2 • 2. Nhiệt phân muối của axit cacboxylic • 3. Đi từ hydrocacbon • a) Ozon phân anken • b) Oxi hóa etylen tạo axetandehit • c) hiđrat hóa ankin


• 4. Điều chế andehyt và xeton thơm • a) Fomyl hóa aren (Gattecmann-Kôc) • b) Axyl hóa Friden-Crap


3.5 AXIT CACBOXYLIC VÀ DẪN XUẤT CỦA AXIT

•Khái niệm về axit và phân loại -Là các hợp chất có hữu cơ có chứa nhóm COOH -Phân loại: + Tùy thuộc vào bản chất của gốc hydrocacbon liên kết với nhóm COOH + Tùy thuộc vào số lượng nhóm COOH. 3.5.1 Tính chất vật lý của axit cacboxylic (Xem tài liệu) lưu ý : t0s, nc, độ tan trong nước cao..do lk H liên phân tử


3.5.2 Tính chất hoá học của axit cacboxylic

1. Phản ứng làm đứt liên kết O-H. Sự phân ly axit a) Nguyên nhân: + Do sự phân cực của liên kết O-H, + Độ bền của anion cacboxylat b) Quy luật biến đổi tính axit: + khi có nhóm hút e tính axit giảm + Khi có nhóm thế đẩy e làm tăng tính axit Cl3C-COOH > H-COOH> CH3COOH > CH3CH2COOH... c) Các phản ứng cụ thể( với kim loại , oxit kim loại,

hidroxit kim loại) RCOOH + Na →RCOONa + ½ H2

RCOOH + CaO →(RCOO)2Ca+ H2O RCOOH + NaOH →RCOONa +H2O


2. Phản ứng cộng và thế ở nhóm cacboxyl a) Thế nhóm OH thành dẫn xuất axit + tạo anhydrit axit: cần chất hút nước P2O5... 2RCOOH → (RCO)2O + H2O + tạo halogenua axit RCOOH + PCl5 → RCOCl + POCl3 + HCl + tạo este: xt H+ RCOOH + R’OH ⇌ RCOO- R’ + H2O + tạo amit R-COOH + NH3 → RCOONH4 → RCONH2 b) Phản ứng khử: khử bằng LiAlH4 tạo ancol bậc 1

tương ứng: R-COOH → RCH2OH


Tính chất hoá học của axit cacboxylic

• 3. Phản ứng tách nhóm cacboxyl: ( chủ yếu bằng cách nhiệt phân muối của axit nếu đó là axit monôcacboxylic, song các axit có nhóm hút e mạnh có thể nhiệt phân trực tiếp)


4. Phản ứng ở gốc hydrocacbon a) Halogen hóa gốc ankyl - Chất phản ứng là Halogen, xt là FeCl3, I2... thế ở Hα theo

cơ chế ion CH3CH2CH2COOH + Cl2→ CH3CH2CHCl-COOH + HCl - Chất phản ứng halogen, ánh sáng: Thế chủ yếu vào vị trí

β, phản ứng theo cơ chế gốc CH3CH2CH2COOH + Cl2→CH3CH2CHCl-COOH (5%) +HCl CH3-CHCl-CH2-COOH (61%) CH2Cl-CH2-CH2-COOH (34%)

b) Phản ứng thế ở nhân thơm: thế vào vị trí meta C6H5-COOH + E+ → m-E-C6H4-COOH + H+


3.5.3 Phương pháp điều chế axit cacboxylic 1) Oxi hóa các hydrocacbon và các hợp chất hữu

cơ có bậc oxi hóa thấp hơn + hydrocacbon ( ankan, anken, ankin, aren) + ancol bậc 1→andehit →axit có số C không đổi + ancol bậc 2→ xeton→ hỗn hợp các axit + andehit, xeton 2) Thủy phân các dẫn xuất của axit cacboxylic R-CO-Z + H2O → R-COOH + ZH

trong đó Z: O-R, NH2, RCO-O


3) Đưa thêm nhóm cacboxyl a) Cacboxyl hóa hợp chất cơ kim: t/d với hợp chất cơ

magiê và thuỷ phân R-MgX + O=C=O→ R-COOMgX→R-COOH + Mg(OH)X b) Tổng hợp dùng este của axit malonic H-CH(CO-OC2H5)2

(-)CH(CO-OC2H5)2

R-CH(CO OC2H5)2 R-CH(COOH)2

R-COOH + CO2

NaOH RX

-X- + H2O (NaOH)

to


3.5.4 Các dẫn xuất của axit cacboxylic

1.Định nghĩa và phân loại a) Định nghĩa: + Theo nghiã hẹp là các hợp chất đi từ axit khi thế nhóm OH

trong cacboxyl bằng các nhóm thế khác R-CO-Z + Theo nghĩa rộng là h/c bắt đầu từ axit sau quá trình biến đổi

của nhóm cacboxyl b) Phân loại: + Nếu Z là OR’ : este R-CO-OR’ NH2: amit R-CO-NH2 Halogen: halogenua axit R-CO-X R-CO-O : anhidrit axit R-CO-OCOR + Nghĩa rộng: ví dụ R-CN ( hợp chất nitrin) do R-COOH →RCOONH4→R-CO-NH2→R-CN


2. Tính chất hóa học a) Phản ứng thủy phân( xt H+, hoặc OH-): Cho axit RCO OR’ + H2O ⇌ R CO-OH + R’OH ( nếu xt OH- thì phản ứng 1 chiều) R-CONH2 + H2O → RCO-OH + NH3 RCO-Cl + H2O → RCO-OH + HCl (RCO)2O + H2O → 2R-CO-OH b) Phản ứng với hợp chất cơ kim: đầu tiên cho xeton,

sau đó tiếp tục phản ứng và thuỷ phân tạo ancol bậc 3 R-CO-Z + R’MgX→RR’=C(Z)-OMgX R-CO-R’ RR’R’C-OH + Mg(OH)X c) Phản ứng khử hóa: Tuỳ theo điều kiện tác nhân mà

cho sp khác nhau

-ZMgX

1) R’MgX

2) H3O+


3.6 Amin-muối điazoni và hợp chất azo 3.6.1 Amin - Khái niệm : là dẫn xuất của amoniăc khi thế 1,2 hoặc

3 nguyên tử H bằng gốc hydrocacbon - Phân loại: + Tuỳ bản chất R là mạch thẳng, vòngno, thơm...mà ta có

amin tương ứng +Tuỳ theo số lượng nguyên tử H trong NH3 bị thay thế là

1,2,3 bằng nhóm R mà ta có bậc của amin tương ứng RNH2 :amin bậc 1 R2NH :amin bậc 2 R3N : amin bậc 3

1. Tính chất vật lý: xem tài liệu


2. Tính chất hóa học a)Tính bazơ

- Nguyên nhân: do N có cặpe nên có khả năng kết hợp H+

-Qui luật: + Nếu N có mật độ e càng cao thì tính bazơ càng cao Vì vậy nếu nitơ liên kết nhóm đẩy e làm tăng tính bazơ, còn

hút e làm giảm tính bazơ + Tính bazơ còn phụ thuộc vào bản chất dung môi * Trong dung môi không có khả năng solvat hoá( clobenzen) amin béo bậc 3 > amin béo bậc 2 > amin béo bậc 1 > NH3

> ạmin thơm bậc 1 > amin thơm bậc 2 > amin thơm bậc 3 * Trong dung môi có khả năng solvat hoá( H2O) amin béo bậc 2 > amin béo bậc 3 và bậc 1 > NH3

> ạmin thơm bậc 1 > amin thơm bậc 2 > amin thơm bậc 3


b) Phản ứng axyl hóa: Phản ứng xãy ra đối với amin bậc 1 và 2( còn có H liên

kết với N) khi tác dụng với clorua axit hoặc anhidrit axit R-NH2 + R’CO-Cl →R-NH-CO-R’ + HCl amit thế c) Phản ứng với axit nitro + amin bậc 1: tạo ancol R-NH2 + HO-NO → R- OH + N2 + H2O + amin bậc 2: tạo nitrozamin R2NH + HO-NO →R2N-N=O + H2O điankylnitrozamin + amin bậc 3 : nói chung không xãy ra trừ p/ư tạo muối,

riêng loại thơm thì thế vào nhân tại vị trí p- C6H5-NR2 + HO-NO →p-O=N-C6H4-NR2 + H2O


d) Phản ứng oxi hóa: dễ dàng cho các sản phẩm khác nhau e) Phản ứng ankyl hóa và muối amoni bậc 4 Khi ankyl hoá các amin cho hỗn hợp các amin có bặc khác

nhau, nếu dư tác nhân ankyl hoá thì chủ yếu cho muối amoni bậc 4

RNH2 + RX⇌[R2NH2]+X-⇌R2NH + HX R2NH + RX ⇌ [R3NH]+X- ⇌R3N + HX R3N + RX ⇌ [R4N]+X- ( muối amoni bậc 4) f) Phản ứng thế electrophin ở nhân thơm: thế vào vị trí o,p g) Phản ứng tạo isonitrin:Khi cho amin bậc 1 tác dụng với

cloroform trong kiềm R-NH2 + CHCl3+ 3NaOH →R-N≡C +3 NaCl +3H2O isonitrin


3.Phương pháp điều chế

a) Phản ứng ankyl hóa amoniăc và amin ( xem p/ư tạo amin và muối amoni bậc 4) b) Khử nitro, nitrin, oxim và hidrazon: dùng nhiều chất

khử khác nhau ( H2/Ni, H mới sinh, LiAlH4...) R-NO2 + [H] →R-NH2 + H2O R-CN + [H] →R-CH2NH2 + H2O R-N=OH +[H] →R-NH2 + H2O R-NH-N=C< + [H] → R-NH-NH-CH< + H2O

c)Thoái vị Hopman: Điều chế amin bậc 1 R-CO-NH2 +Br2 ( trong kiềm) →R-NH2 + CO2 + Br-


3.6.2 Muối điazoni thơm và hợp chất azo • Khái niệm : là hợp chất chứa nhóm –N(+)≡N trong

phân tử, các muối diazo béo không bền ,còn của hợp chất thơm bền [ Ar-N2

+]X-

• Ví dụ: phênyl diazoni clorua [C6H5-N(+)≡N]Cl(-) 1.Các phản ứng xãy ra với sự phân cắt nhóm diazo a) Thế bằng hidroxi: Khi thủy phân ở >500C cho phenol [C6H5-N(+)≡N]Cl(-) + H2O→ C6H5-OH + N2 + HCl

b) Thế bằng halogen: tuỳ theo halỏen mà điều kiện khác

nhau [C6H5-N(+)≡N]Cl(-) + KI→C6H5-I + N2 + KCl [C6H5-N(+)≡N]Cl(-) +KBr → C6H5-Br + N2 + KCl ( xtCu2Br2) [C6H5-N(+)≡N]Cl(-) → C6H5-Cl + N2 ( xt Cu2Cl2) HF. BF3

[C6H5-N(+)≡N]Cl(-) → C6H5-F + N2 + HCl + BF3


2. Phản ứng xãy ra với sự bảo toàn ni tơ trong sản phẩm

a) Phản ứng khử [C6H5-N(+)≡N]Cl(-) + [H]→ C6H5-NH-NNH2 + HCl→ b) Phản ứng ghép: tạo hợp chất azo

[C6H5-N(+)≡N]Cl(-) +C6H5OH→ p-HOC6H4-N=N-C6H5 +HCl

parahidroxiazobenzen

[C6H5-N(+)≡N]Cl(-) +C6H5NH2→p-H2N-C6H4-N=N-C6H5+HCl

para-aminoazobenzen


Documents

04 Hoa hoc 2 DHCN HN.pdf